有機金属気相選択成長法による半導体ナノワイヤヘテロ構造作製とその応用に関する研究

有机金属气相选择性生长半导体纳米线异质结构及其应用研究

基本信息

批准号：
07J02452
负责人：
冨岡克広
金额：
$ 1.22万
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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、有機金属気相選択成長法(以下、MOVPE選択成長法)に筆者が考案した特殊な工程(以下、Re-growth法とする)を付与することで、半導体ナノワイヤの成長方向に半導体ヘテロ構造(縦型ヘテロ構造)を作製する手法の確立を行なうことである。本年度は、このRe-growth法を応用して、GaAs/InAs/GaAs量子井戸ナノワイヤの作製し、光学評価を行うことで、量子井戸構造の成長過程、光学物性を調べた。具体的には、GaAs(111)B基板上にMOVPE選択成長法により作製したGaAsナノワイヤに対して、Re-growth法によりInAs膜厚のことなる3種類のGaAs/InAs/GaAs量子井戸構造を作製し、顕微フォトルミネセンス法による評価を行なった。その結果、InAs量子井戸数に相当する半値幅の非常に狭い発光が観察された。次に、サイズ制御性を改善するため、Si基板上に作製したGaAsナノワイヤに対して、同様の量子井戸構造の作製を行なった。Si基板を用いたのは、マスク外周部にInAs供給原料が拡散するため、InAs量子井戸層の実効的な成長速度を減少し、膜厚の制御性を高めることができるためである。今回は膜厚の異なる4つのInAs層をGaAsナノワイヤ中に作製した。光学特性評価から、各InAs量子井戸に相当する発光ピークを観察することができ、1原子層以下の成長速度の制御を実現することができた。各層の発光スペクトルの励起強度依存性から、1原子層以下の膜厚をもつInAs層は励起子発光を示し、数原子層からなるInAsからは量子井戸構造的な振る舞いを示すことを明らかにした。この結果から、本法におけるInAsの量子井戸成長過程は、InAs二次元島から1原子層へと移行することが分かり、初期核形成から数原子層レベルの精密な膜厚制御を実現することができた。また、新たな技術展開として、Si基板上におけるIII-V族化合物半導体量子井戸ナノワイヤの集積技術を実現した。

The purpose of this research is to establish a method for fabricating a semiconductor heterostructure (vertical heterostructure) in the growth direction of semiconductor nanowires by applying a special process (hereinafter referred to as the Re-growth method) that I have devised by the author to the metalorganic vapor phase selective growth method (hereinafter referred to as the MOVPE selective growth method).今年，我们使用重新生长方法来制造GAAS/INAS/GAAS量子井纳米线，并进行了光学评估，以检查量子井结构的生长过程和光学特性。具体而言，通过重新生长方法在GAAS（111）B底物上制造了三种类型的GAAS/INAS/GAAS量子量结构，并使用麦克风发光方法进行了评估。结果，观察到与INAS量子井数相对应的半价值宽度的非常窄的发射。接下来，为了改善尺寸控制，为在SI基板上制造的GAAS纳米线制造了类似的量子井结构。使用Si底物的原因是INAS原料扩散到掩模的外围外围，这降低了INAS量子井层的有效生长速度并提高了膜厚度的可控性。这次，在GAAS纳米线上制造了四个具有不同厚度的INA层。从光学性能评估中，观察到与每个INAS量子孔相对应的发射峰，从而可以控制1个原子层或更少的生长速率。基于每层发射光谱的激发强度的依赖性，发现厚度为1个原子层或更少的INAS层表现出激子的发射，而INAs由几个原子层组成，表现出量子孔的结构性行为。从这些结果中可以发现，从二维INAS岛过渡到一个原子层的INAS的量子井生长过程，以及从初始成核的几个原子层的水平上进行精确的膜厚度控制。此外，作为一种新的技术开发，我们已经意识到III-V复合半导体量子量纳米线对Si底物的集成技术。