1-2 原子層制御量子ナノ構造のコヒーレント量子効果 Coherent Quantum Effects in Quantum Nano-structure with Atomic Layer Precision Mutsuo Ogura, Research Director of CREST Pho

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あつとしさどひら
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1 1-2 原子層制御量子ナノ構造のコヒーレント量子効果 Coherent Quantum Effects in Quantum Nano-structure with Atomic Layer Precision Mutsuo Ogura, Research Director of CREST Photonics Research Institute, AIST TBAs) AlGaAs/GaAs TBAs) AlGaAs/GaAs(311) (AsH 3 TBAsAsH 3 AsH 3 TBAs TBAs TBAs 15 AsH 3 TIME TEMPERATURE 図 1 量子細線の発光寿命の温度依存性

2 µm At z = 5 µm Luminescence (arb. units) 1.63 1.6 1.

2 GaAs TBAs 2 1K m 2nm 2nm m 1 ev µpl spectrum Scanning image Luminescence (arb. units) Last generation of V-groove wires New generation of V-groove wires θ=78 5 nm At z = 2 µm At z = 5 µm Luminescence (arb. units) 図 2 提案時 ( 左 ) と現在 ( 右 ) における量子細線の走査顕微分光像 ( 上段 ) およびスペクトラム像 ( 下段 ) GaAs 2meV.5meV 2.meV 図 3 均一な量子細線の励起強度依存性

3 GaAs/AlGaAs mv GaAs.8 m AlGaAs 5nm Si-AlGaAs, 1nm 1nm 1nm AlGaAs 5nm Si-AlGaAs 5nm n+gaas TBAs n+gaas Ti/Au 1nm 25meV SEM m n+gaas 1 A 38K m 35K Source Drain Gate 図 GaAs 量子細線 FET の平面 SEM 像 Drain Current (µa) V start =-V, V stop =.5 V step =.5 HD5, C Drain Bias (V DS, V) 図 5 GaAs 量子細線 FET の室温における静特性 ( ゲート長 1μm) Drain Current ( I, µa) DS V 6 start = -3.5 V, V step =.2V V stop =.5 V K 3..6 V Drain Bias (V DS, V) Gate Bias (V GS, V) 図 6 GaAs 量子細線の35Kにおける静特性 ( ゲート長 1μm) 図 7 GaAs 量子細線の35Kにおけるコンダクタンスステップ Drain Current (I DS, µa) V.2 V.1 V V DS =.1 V

(111)A InGaAs/ InGaAs/AlInAs量子細線ＦＥＴ AlInAs量子細線ＦＥＴ (311)方位のInP基板をエッチングすると 9 の角度を成す(1)と(11)面が現れるがこのＶ溝基板上に表面拡散を抑制する効果のあるAs2を用いてInAlAsを成長することにより (1)と(11)面の側面にそれぞれ(111)Aと(331)B面が形成され約2度の InGaAs QWR

4 (111)A InGaAs/ InGaAs/AlInAs量子細線ＦＥＴ AlInAs量子細線ＦＥＴ (311)方位のInP基板をエッチングすると 9 の角度を成す(1)と(11)面が現れるがこのＶ溝基板上に表面拡散を抑制する効果のあるAs2を用いてInAlAsを成長することにより (1)と(11)面の側面にそれぞれ(111)Aと(331)B面が形成され約2度の InGaAs QWR InAlAs barrier layer [31 1] [1- [233 1] ] 25 nm 図８ (311)方位のInP基板上に形成した InGaAs/AlInAs量子細線のTEM像 K Vg=V Step=-.5V Gate Length=5nm Vg=V 6. IGS (pa) 1. Ids(μ μa) 交叉角を持つ鋭いＶ溝トレンチを形成することが可能になった更に原子状水素を添加しながら GaInAsを成長することにより図８に示すような25nmx1nmの断面を持つAlInAs/GaInAsトレンチ型量子細線を作製した InAlAsバリア層に成長方向に沿って細かな縞が観察されていることから自然超格子が形成され量子細線の均一性を向上させていると予想されるこの細線を用いてＦＥＴを作製したところ図９に示すように Kにおいてソースドレイン電圧.12Vで負性抵抗を示した負性抵抗は実空間遷移によるものと考えられることからチャネル中の電子が加速されやすいことを示唆しておりこの細線が極めて良好な電子伝導特性を持つことが判明したまた極低温における磁気抵抗の解析からＡＢ効果による磁気抵抗の振動が９Ｋまで存在し μmオーダで電子のコヒーレンスが保たれていることを示唆している振動の振幅から電子温度を推定することが可能になり InGaAsトレンチ型量子細線における散乱機構が量子井戸とは異なることを見いだしたポスター１-２-５) (33 1)B Vg=V Vds(V) 図９ InGaAs/AlInAs量子細線ＦＥＴにおける急峻な負性抵抗効果 2-４グレーティング基板上の高密度InGaAs グレーティング基板上の高密度InGaAs/ InGaAs/AlGaAs量子細線 AlGaAs量子細線 InGaAsを量子細線のコアに用いることにより量子閉じこめが強くなるとともに斜面に形成された寄生量子井戸の影響が軽減されるため室温においても量子細線からの発光のみが優勢な高密度量子細線が形成できたポスター１-２-３) また In組成を増加するにつれＶ溝の底の部分で量子ドットが形成され発光スペクトラムの不連続な長波長側への推移や大きなストークスシフトの原因となっている今後光通信が家庭や車に普及すると発光波長のみならず使用温度範囲の広い材料が必要となりクラッド層にAlを入れた材料系が有利となる一方従来Alを含む材料では表面の酸化により再成長に伴う界面の劣化が問題となってきたが昨年度報告したようにグレーティング基板上から１μm以上グレーティング形状を保持する成長条件を得ているのでこの問題を回避することが可能である高密度量子細線の場合リソグラフの揺らぎによる基板グレーティングの不均一性が問題となり物性的には古い世代の量子細線すなわち不連続な量子ドットの集合と見るべき段階であるがそのために少数キャリアの散逸が抑制され半導体レーザの低閾値動作に寄与するという側面も存在する波長のオーダで位置が制御された量子ナノ構造という意味からも応用上の価値が高いと思われる

5 Al.38 Ga.62 As 3nm In.2 Ga.8 As QWR 3nm 5nm 7nm 図 1 InGaAs/AlGaAs 高密度高密度量子細線の TEM 像 In の表面拡散速度が大きく斜面の量子井戸が薄い QNN1

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