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。

以氮化镓（GaN）为代表的III族氮化物半导体不仅在蓝紫光和深紫外区域的发光器件方面受到关注，而且作为能够高温工作的单光子源材料也引起了人们的关注。在这项研究中，我们一直在开发一种位置控制氮化物半导体纳米线和插入其中的GaN量子点的晶体生长技术，从而实现高质量的晶体生长。到目前为止，我们已经在以AlGaN为势垒层的高质量纳米线中的GaN量子点上观察到了具有52meV巨大结合能的激子分子的发光。今年取得了三项主要成果。针对纳米线中GaN量子点的MOCVD选择性生长，(1)详细研究了各种生长条件对量子点形成的依赖性；例如，发现通过在量子点生长后提供适当的生长中断条件，可以在纳米线中形成单个GaN量子点。这些被认为是使用MOCVD选择性生长方法形成单根GaN纳米线量子点的非常重要的技术。此外，通过使用单纳米线量子点研究光致发光（PL）的温度依赖性，我们观察到（2）室温下的发光。从PL积分强度的阿伦尼乌斯图估计的活化能非常大，大约为350eV，并且被认为对应于点的第一能级和AlGaN势垒层之间的能量差。这一结果表明，载流子被强烈限制在位置控制纳米线内的 GaN 量子点内。迄今为止，仅报道了使用 III-V 族半导体量子点实现单量子点的室温 PL 发射，并且其在能够高温操作的基于量子点的光源（例如单光子源）中的应用尚不清楚。未来可期。此外，我们利用光子相关法进行了单光子产生验证实验。证实了强度相关函数在时间延长0时下降（光子反聚束），这是单光子的特征。然而，由于这并不是证明单光子源的明确值，因此有必要调查原因并进一步优化结构。