slide1 l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
1. はじめに -- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定 2. 高品質T型量子細ç PowerPoint Presentation
Download Presentation
1. はじめに -- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定 2. 高品質T型量子細ç

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 28

1. はじめに -- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定 2. 高品質T型量子細ç - PowerPoint PPT Presentation


  • 152 Views
  • Uploaded on

日本物理学会 2005 秋季大会シンポジウム「半導体物性研究におけるイメージング計測の現状 」 @ 同志社大学( 05.9.20 ) . 20p-WF-5 . へき開再成長 GaAs 量子井戸および細線 デバイスの顕微発光イメージング . 東京大学 物性研究所、 CREST(JST) 吉田正裕 、秋山英文. Outline:. 1. はじめに -- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定 2. 高品質T型量子細線・量子井戸構造の作製と評価 -- へき開再成長表面・界面制御と顕微発光イメージング 3. GaAs T型量子細線の光物性とレーザー発振

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '1. はじめに -- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定 2. 高品質T型量子細ç' - ogden


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

日本物理学会2005秋季大会シンポジウム「半導体物性研究におけるイメージング計測の現状」日本物理学会2005秋季大会シンポジウム「半導体物性研究におけるイメージング計測の現状」

@同志社大学( 05.9.20 ) 

20p-WF-5

へき開再成長GaAs量子井戸および細線

デバイスの顕微発光イメージング

東京大学 物性研究所、CREST(JST)

吉田正裕、秋山英文

Outline:

1. はじめに

-- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定

2. 高品質T型量子細線・量子井戸構造の作製と評価

-- へき開再成長表面・界面制御と顕微発光イメージング

3. GaAs T型量子細線の光物性とレーザー発振

-- 量子細線中の一次元電子正孔系(励起子)の光物性

-- レーザー発振と利得起源

4. まとめ

slide2

半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定

<半導体ナノ構造の物性研究>

空間スケールの決定要因

  • 物性計測

-- 新奇物理現象の観測と解明

  • 構造の制御と評価

--高品質化、構造不均一低減

・キャリア拡散

・結晶成長時の表面

 原子の拡散

<ローカルプローブ計測法>

カソードルミネッセンス(CL)

近接場顕微鏡(NSOM)

顕微分光(micro-PL)

<特徴>

  • 高空間分解能~mm(~光波長)
  • 高集光効率
  • 2次元画像計測、スペクトログラフ
  • 顕微鏡光学系

顕微鏡対物レンズ

  • 高感度撮像素子(可視、近赤)
  • CCD,CMOSセンサー
  • InGaAsセンサー
slide3

ソリッドイマージョンレンズ(SIL)

0.4 mm (NAeff>1.0)

@Ti:Sa

Sasaki et al. JJAP 36, L962 (1997).

Yoshita et al. APL 73, 635 (1998).

顕微発光イメージング・分光計測系

励起モード:

   一様励起、点励起

検出モード:

   発光像

   発光スペクトル

   スペクトログラフ

顕微系

He-Ne

Ti:Sa

etc.

mag.= x 40

NA= 0.5

T= 4 ~ 300 K

空間分解能

0.65 mm@633nm

0.8 mm @Ti:Sa

Yoshita et al. JAP 83, 3777 (1998).

slide4

Outline:

1. はじめに

-- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定

2. 高品質T型量子細線・量子井戸構造の作製と評価

-- へき開再成長表面・界面制御と顕微発光イメー

ジング

3. GaAs T型量子細線の光物性とレーザー発振

-- 量子細線中の一次元電子正孔系(励起子)の光物性

-- レーザー発振と利得起源

4. まとめ

slide5

[110]

[001]

GaAs

substrate

(001) MBE Growth

In situ

Cleave

(110) MBE Growth

600oC

490oC

へき開再成長法

Cleaved-edge overgrowth (CEO) with MBE

L. N. Pfeiffer et al., APL 56, 1679 (1990).

slide6

600oC Anneal

Atomically flat

interfaces

M. Yoshita et al.,

JJAP 40, L252 (2001).

成長中断アニール法による表面平坦化

表面AFM像

490oC Growth

High Quality

T-wire

(110)

arm

well

(001)

stem

well

slide7

成長中断アニール法による界面制御

アニール

600C,

10 min.

GaAs厚(nominal)

6nm (=30 ML)

原子平坦

Ga 分子線空間分布方向

2~3ML高

島構造

Ga flux分布 1 %/mm

1ML深

ピット構造

M. Yoshita et al., APL 81, 49 2002.

slide8

(110)量子井戸の表面AFM像と発光像

アニール表面

量子井戸の発光像(一様励起)

非常に良い一致

  • アニール表面が井戸界面に保存されている。
  • へき開面は原子平坦である。

Yoshita et al. APL 81, 49 (2002).

@ 堆積量が整数倍となる位置

原子平坦界面量子井戸構造が実現

slide9

エネルギー分解発光像

2~3ML-high islands

1ML-deep pits

n+2

n+2

n+1

n+1

n

n

n

n

n

励起子拡散長 > 1 mm !!

slide10

狭い発光線幅

発光強度の劣化なし

(110)GaAs量子井戸の発光線幅

アニール(600C,10分)による

界面ラフネスの減少

これまでのarm QW

slide11

Outline:

1. はじめに

-- 半導体ナノ構造の顕微発光イメージング・分光測定

2. 高品質T型量子細線・量子井戸構造の作製と評価

-- へき開再成長表面・界面制御と顕微発光イメー

ジング

3. GaAs T型量子細線の光物性とレーザー発振

-- 量子細線中の一次元電子正孔系(励起子)の

光物性

-- レーザー発振と利得起源

4. まとめ

slide12
単一T型量子細線レーザー

Probability of Photon

Cavity length500 mm

G=4.6x10-4

Probability of Electron

Hayamizu et al., APL 81, 4937 (2002).

slide13
空間分解顕微PLスペクトル

T-wire

stem well

T-wire

stem well

scan

T=5K

ContinuousPL peak over 20 mm

PL width < 1.3 meV

slide14

E-field

E-field

// to wire

_ to wire

// to arm well

I

発光励起スペクトル(PLE)

Stokesシフト < 0.3 meV

バンド端吸収に1D状態密度の1/√E発散は見られない。

H. Akiyama et al., APL 82, 379 (2003).

H. Itoh et al., APL 83, 2043 (2003).

slide16

単一量子細線の透過スペクトル(5K)

顕微透過測定

Fabry-Perot fringes

Coupling

efficiency

= 20%

Y. Takahashi et al. APL 86, 243101 (2005).

slide17

単一量子細線の吸収スペクトル(5K)

一次元励起子吸収

吸収線幅 1.6 meV

吸収係数 80 cm-1

透過率1.5%相当

@ 500mm導波路

G=4.6x10-4

Y. Takahashi et al. APL 86, 243101 (2005).

slide18

室温吸収スペクトル(20周期量子細線)

一次元励起子吸収

大きな吸収, 線幅7~8 meV(全幅)

大きな偏光依存性

T=297K

Y. Takahashi et al.submitted.

slide19

単一量子細線のレーザー発振

500mm

gold-coated

cavity

Threshold 5mW

Y. Hayamizu et al., APL 81, 4937 (2002).

slide20

レーザー端面からの発光・発振パターン

導波路モード(計算)

(20周期細線レーザー)

Wire

Arm

Stem

発光像

(弱励起)

レーザー発振像

(強励起)

slide21
レーザー発振スペクトルと発光スペクトル

Single wire laser

レーザー発振ピーク

自由励起子発光ピークと重ならない。

レーザー発振起源は

自由励起子ではない。

発振ピーク

ブロード発光の裾と重なる。

Free exciton

起源は?

Y. Hayamizu et al.

APL 81, 4937 (2002).

slide22

・分光器入射スリット上に試料像を結像

・試料配置

 細線 // 分光器スリット

量子細線発光の励起強度依存性

スペクトログラフ法

励起光

スポット

slide23

量子細線発光の励起強度依存性

n1D = 1.2 x 106 cm-1

(rs = 0.65 aB)

aB ~13nm

Electron-hole plasma

Density

n1D = 1.2 x 105 cm-1

(rs = 6.6 aB)

Biexciton+Exciton

EB =2.8meV

n1D = 3.6 x 103 cm-1

(rs = 220 aB)

Exciton

n1D ~ 102 cm-1

M. Yoshita, et al.cond-mat/0402526

slide24

Absorption

EFE

Gain

EBE

吸収・利得スペクトル(強励起)

Excitation Light :cw TiS laser at 1.631eV

Spontaneousemission

Spectrometer with spectral resolution of 0.15 meV

Stripe shape

Cassidy’s Method

WaveguideEmission

8.3mW

Polarizationparallel toArm well

D. T. Cassidy JAP 56, 3096 (1984).

slide25

吸収・利得スペクトルのキャリア密度依存性

T = 5K

縮退電子正孔プラズマ

1、連続的な吸収スペクトル

Fermi Filling 重要

2、励起子ピークの減少

Phase-Space Filling 重要

3、束縛エネルギー 一定

遮蔽効果 重要でない

0 mW

励起子

slide26

発光

吸収

T = 5K

電子正孔

プラズマ

縮退電子正孔プラズマ

Fermi Filling

縮退

励起子励起子分子

非縮退

Phase-Space Filling

励起子

励起子

0 mW

Hayamizu et al. unpublished

slide27

まとめ

高品質T型量子細線・量子井戸構造の作製と顕微発光イメージング評価

1.成長中断アニール法によるへき開再成長表面・界面の制御

  • 原子平坦界面量子井戸の実現

2. 高品質なT型量子細線の実現

  • 空間均一性 > 20 mm,
  • 発光線幅 < 1.3 meV,Stokesシフト < 0.3 meV.

GaAs T型量子細線の光物性とレーザー発振

3. T型量子細線の吸収スペクトル

  • 大きな励起子吸収 吸収係数 80 cm-1、線幅1.6 meV(T=5K)

4. T型量子細線レーザーからのレーザー発振と発振起源

  • 細線基底状態からのレーザー発振
  • 電子正孔密度増加に伴い、励起子吸収からプラズマ利得への変化
  • 利得の起源は、強いクーロン相互作用を伴った電子正孔プラズマ
slide28

共同研究者:

Lucent, Bell Labs.

Loren Pfeiffer

Ken West

MBE結晶成長

東京大学 物性研究所

CREST(JST)

呉 智元(PD→帰国)

早水 裕平(DC→AIST)

高橋 和(D3)

伊藤 弘毅(D2)

顕微光学測定

-- 発光イメージング

-- 吸収・利得測定

--レーザー発振