MOCVD法によるIII族窒化物半導体ナノ構造形成と単一光子発生器の実現

MOCVD法III族氮化物半导体纳米结构的形成及单光子发生器的实现

基本信息

批准号：
10J09067
负责人：
崔 [ギ]鉉 (2012)
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

窒化ガリウム(GaN)で代表されるIII族窒化物半導体は、青紫色や深紫外域の発光デバイスのみならず高温動作が可能な単一光子発生源用材料としても注目されている。本研究では、高品質な結晶成長が可能である、位置制御した窒化物半導体ナノワイヤとその内部に挿入されるGaN量子ドットの結晶成長技術の開発に取り組んできた。これまで、AlGaNを障壁層とする高品質ナノワイヤ内GaN量子ドットから、52meVに及ぶ巨大な束縛エネルギーをもつ励起子分子からの発光を観測している。今年度に得られた結果は大きく3つが挙げられる。ナノワイヤ内GaN量子ドットのMOCVD選択成長では(1)量子ドットの形成における各種成長条件の依存性を詳細に調べた。たとえば量子ドットの成長後、適切な成長中断条件を設けることによって単一のGaN量子ドットがナノワイヤ中に形成できることなどがわかった。これらはMOCVD選択成長法を用いた単一GaNナノワイヤ量子ドットの形成に非常に重要な技術であると考えられる。また、単一ナノワイヤ量子ドットを用いたフォトルミネッセンス(PL)の温度依存性を調べることにより(2)室温における発光を観測した。PL積分強度のアレニウスプロットで見積もられた活性化エネルギーは約350血eVと非常に大きく、ドットの第一準位とAIGaN障壁層のエネルギー差に相当するものであると考えられる。これは位置制御ナノワイヤ内GaN量子ドットドット中にキャリアが強く閉じ込められていることを示唆する結果である。単一量子ドットからの室温PL発光は、III-V族半導体量子ドットを用いたこれまでの報告でも数少なく、今後高温動作が可能な量子ドットベースの光源(たとえば単一光子源など)への応用が期待できる。さらに光子相関法による単一光子発生検証実験を行った。単一光子の特徴である、時間延長0での強度相関関数の低下(光子のアンチバンチング)が確認された。しかし単一光子源を証明する明瞭な値ではなかったため、今後その原因究明とそれらを意識した構造のさらなる最適化が必要である。

由氮化甲酯（GAN）代表的III氮化物半导体不仅吸引了注意，不仅是蓝紫色和深紫外线范围内的光发射器件，而且还吸引了可以在高温下运行的单光子产生来源的材料。在这项研究中，我们一直在开发一种晶体生长技术，用于插入其中的位置控制的氮化物半导体纳米线和gan量子点，从而允许高质量的晶体生长。到目前为止，已经观察到使用Algan作为屏障层的高质量纳米线中GAN量子点的发射，从巨大约束能量范围为52 MeV的激子分子中观察到了屏障层。今年有三个主要结果。在纳米线中GAN量子点的MOCVD选择性生长中，（1）详细研究了各种生长条件对量子点形成的依赖性。例如，已经发现，量子点的生长后，可以通过提供适当的生长中断条件在纳米线中形成单个gan量子点。这些被认为是使用MOCVD选择性生长形成单GAN纳米线量子点的极其重要的技术。此外，通过使用单纳米线量子点检查光致发光（PL）的温度依赖性，（2）在室温下发光。在PL积分强度的Arrhenius图中估计的活化能在约350血EV时非常大，被认为与点的第一级和Aigan屏障层之间的能量差相对应。该结果表明，在位置控制的纳米线中，载体强烈局限于gan量子点。即使在先前使用III-V半导体量子点的报告中，也很少有来自单个量子点的室温PL发射，并且预计将应用于将来可以在高温下在高温下运行的基于量子点的光源（例如单个光子源）。此外，使用光子相关方法进行了单光子生成验证实验。单个光子的一个特征是观察到时间扩展0时强度相关函数（光子抗启动）的降低。但是，由于该值并不是证明单个光子源的明确值，因此有必要研究未来意识到这些因素的结构的原因和进一步优化。