平成12年度未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要



1.研究機関名 東京大学
 
2.研究領域 理工
 
3.研究分野 原子スケール表面・界面ダイナミクス
 
4.研究期間 平成8年度〜平成12年度
 
5.研究プロジェクト番号 96P00201
 
6.研究プロジェクト名 ナノ構造の自己形成とその制御

7.プロジェクト・リーダー
プロジェクト・リーダー名 フリガナ 所属部局名 職名
荒川 泰彦 あらかわ やすひこ 先端科学技術研究センター 教授

8.コア・メンバー

コア・メンバー名 フリガナ 所属研究機関名・所属部局名 職名
西永 頌 にしなが たたう 名城大学・理工学部 教授
平本 俊郎 ひらもと としろう 東京大学・生産技術研究所 助教授
花尻 達郎 他 はなじり たつろう 東洋大学・工学部 助教授

9.研究協力者

研究協力者名 フリガナ 所属研究機関名・所属部局名 職名
中野 義昭 なかの よしあき 東京大学・大学院工学系研究科 教授
平川 一彦 ひらかわ かずひこ 東京大学・生産技術研究所 助教授
染谷 隆夫 他 そめや たかお 東京大学・先端科学技術研究センター 講師

10.研究成果の概要

 本プロジェクトは、ナノ構造形成に関して重要な原子スケールでの界面ダイナミックスの理解と、その知見にもとづいた量子ドットの自己形成とその制御について、重要かつ幅広い成果を達成してきた。特に、(1)面間拡散のメカニズムの解明とマイクロ構造作製への応用(2)低角入射分子線エピタキシ法によるマイクロチャネルエピタキシ(3)量子ドット形成の領域制御(4)窒化物半導体量子ドットの形成とレーザ応用(5)単一量子ドットの物性解明とについては顕著な成果を達成してきている。
 GaAs基板上に化学エッチングを用いてメサ構造を作製しMBEを行なうとピラミッド構造を形成することができる。その先端にドット構造を形成することが試みられているが、今回、As圧を制御することにより先端を尖らせたり平坦化させることが可能となった。この振る舞いは面間拡散に関する方程式にもとづいたモデルで説明できた。さらに、低角入射MBE法によるマイクロチャネルエピタキシ法を開発し、マイクロチャネルの方位を選ぶことによりナノメートル厚で幅がミクロン程度の薄膜の成長に成功した。最良のものは、厚さが65nmで幅が1.45mm、アスペクト比が22であった。
 量子ドット構造の形成技術の確立をはかった。その結果、サファイア基板上に窒化物InGaN/GaN量子ドットを形成するとともに室温光励起レーザ発振に成功した。また、SiC基板上へのGaN/AlN量子ドットの形成に成功するとともに、SiO2上へのMOCVD選択成長によりInGaN量子ドットの形成も達成した。さらに、InAs量子ドットにおいて、1.5・m帯での発光を達成するとともに、MBEによりタイプIIGaAs/GaSbの形成に成功するとともに、時間分解蛍光測定によりタイプIIの特徴を確認した。シリコン量子ドットの形成にも成功した。
 低温近接場光蛍光分光装置(NSOM)および低温トンネルル蛍光分光(STL)システムを確立し、単一量子ドット分光の研究をすすめた。NSOMによりInAs/GaAs単一量子ドットからの蛍光分光、磁気光学分光、蛍光励起分光を行い、その結果、量子ドット中に連続的状態密度が存在することを示した。更に、時間相関分光によりLOフォノンを介在した励起子のコヒーレント効果を観測し、4.2Kにおける位相緩和時間を測定した。また連続状態と高次サブバンドにおいてFano共鳴と解釈できる現象を観測した。μ-PLによる単一窒化物InGaN量子ドットからの蛍光の観測にも成功した。

11.キーワード

(1)量子ドット、(2)選択成長、(3)SK法
(4)GaN、(5)MOCVD、(6)MBE
(7)マイクロチャネルエピタキシ、(8)自己組織化、(9)ナノテクノロジー

12.研究発表(印刷中も含む)

[雑誌論文]
著者名 論文標題
B. Shen, T. Someya, O. Moriwaki, and Y. Arakawa Effect of carrier confinement on photoluminescence from modulation-doped Al(x)Ga(x-1)N/GaN heterostructures
雑誌名 発行年 ページ
Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 6, pp. 679-681 76 2000.02 679

著者名 論文標題
B. Shen, T. Someya, and Y. Arakawa Influence of strain relaxation of the Al(x)Ga(1-x)N barrier on transport properties of the two-dimensional electron gas in modulation-doped Al(x)Ga(1-x)N/GaN heterostructures
雑誌名 発行年 ページ
Applied Physics Letters, vol. 76, No. 19, pp. 2746-2748 76 2000.5 2746

著者名 論文標題
Y. Arakawa, T. Someya, and K. Tachibana(Invited) Progress in GaN-Based Nanostructures for Blue Light Emitting Quantum Dot Lasers and Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
雑誌名 発行年 ページ
IEICE TRANS. ELECTRON., Vol.E83-C, No.4 E83-C 2000.04  

著者名 論文標題
Y. Arakawa, K. Okamoto "Advanced optical devices for next generation high-speed communication systems and photonic networks",
雑誌名 発行年 ページ
IEICE Trans. Electron. vol. E83-C, 787-788, E83-C 2000.06 787

著者名 論文標題
Y. Toda, T. Sugimoto M. Nishioka, and Y. Arakawa Near-field coherent excitation spectroscopy of InGaAs/GaAs self-assembled quantum dots
雑誌名 発行年 ページ
Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 26, pp. 3887-3889 76 2000.06.26 3887

著者名 論文標題
J. C. Harris, T. Someya, K. Hoshino, S. Kako and Y. Arakawa Photoluminescence of GaN Quantum Wells with AlGaN Barriers of Hight Aluminium Content
雑誌名 発行年 ページ
Physica. stat. sol. (a) 180, 339   2000.07 339

著者名 論文標題
荒川泰彦(招待論文) ナノオプトエレクトロニクスの展望
雑誌名 発行年 ページ
光学 特集ナノ量子構造デバイスと超高速光技術, Vol. 8, 474 8 2000.08.10 474

著者名 論文標題
J. C. Harris, T. Someya, S. Kako, K. Hoshino, and Y. Arakawa Time-resolved photoluminescence of GaN/Al0.5Ga0.5N quantum wells
雑誌名 発行年 ページ
Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 7, pp. 1005-1007 77 2000.08.14 1005

著者名 論文標題
T. Yamamoto, S. Inoue and M. Ozaki On the limitation of the current sheet approximation in estimation of the northward Bz associated field-aligned currents
雑誌名 発行年 ページ
J. Geophys. Res., Vol. 105, No. A9, pp. 21143-21157 105 2000. 9 21143

著者名 論文標題
K. Hoshino, J. M. Zanardi Ocampo, N. Kamata, K. Yamada, M. Nishioka, Y. Arakawa Absence of nonradiative recombination centers in Modulation-doped quantum wells revealed by two-wavelength excited photoluminescence
雑誌名 発行年 ページ
Physica E Vol. 7, No. 3-4, pp. 563-566 7 2000.5 563

著者名 論文標題
Y. Toda, T. Sugimoto, M. Nishioka, and Y. Arakawa Near-field coherent excitation spectroscopy of InGaAs/GaAs self-assembled quantum dots
雑誌名 発行年 ページ
Appl. Phys. Lett. Vol. 76, No. 26, pp. 3887-3889 76 2000.6 3887

著者名 論文標題
Y. Toda, and Y. Arakawa Near-field spectroscopy of a single InGaAs self-assembled quantum dots
雑誌名 発行年 ページ
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum electronics Vol. 6 No. 3, pp. 528-533 6 2000.5/6 528

著者名 論文標題
Y. Toda, O. Moriwaki, M. Nishioka, and Y. Arakawa Resonant Raman scattering of optical phonons in self-assembled quantum dots
雑誌名 発行年 ページ
Physica E Vol. 8, pp. 328-332 8 2000.12 328

著者名 論文標題
O. Moriwaki, T. Someya, K. Tachibana, S. Ishida, and Y. Arakawa Narrow photoluminescence peaks from localized states in InGaN quantum dot structures
雑誌名 発行年 ページ
Appl. Phys. Lett. Vol. 76, No. 17, pp. 2361-2363 76 2000.4 2361

著者名 論文標題
K. Tachibana, T. Someya, R. Werner, A. Forchel, and Y. Arakawa MOCVD growth of a stacked InGaN quantum dot structure and its lasing oscillation at room temperature
雑誌名 発行年 ページ
Physica E, vol. 7, No. 3-4, pp. 944-948 7 2000.5 944

著者名 論文標題
K. Tachibana, T. Someya, S. Ishida, and Y. Arakawa Selective growth of InGaN quantum dot structures and their microphotoluminescence at room temperature
雑誌名 発行年 ページ
Appl. Phys. Lett. Vol. 76, No. 22, pp. 3212-3214 76 2000.5 3212

著者名 論文標題
K. Tachibana, T. Someya, and Y. Arakawa Growth of InGaN self-assembled quantum dots and their application to lasers
雑誌名 発行年 ページ
IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 6, No. 3, 475-481 6 2000.5 475

著者名 論文標題
K. Tachibana, T. Someya, S. Ishida, and Y. Arakawa Formation of uniform 10-nm-scale InGaN quantum dots by selective MOCVD growth and their micro-photoluminescence intensity images
雑誌名 発行年 ページ
J. Crystal Growth Vol. 221, pp. 576-580 221 2000.12 576

著者名 論文標題
K. Tachibana, T. Someya, S. Ishida, and Y. Arakawa High-density InGaN quantum dots fabricated by selective MOCVD growth
雑誌名 発行年 ページ
IPAP Conference Seriesl, pp. 417-420   2000.12 417

著者名 論文標題
J. Tatebayashi, S. Ishida, M. Nishioka, T. Someya, and Y. Arakawa Area-Controlled Growth of InAs Quantum Dots Selective MOCVD
雑誌名 発行年 ページ
Jpn. J. of Appl. Phys. vol. 39, part1, No. 4B, pp. 2344-2346 39 2000.4 2344

著者名 論文標題
J. Tatebayashi, M. Nishioka, T. Someya, and Y. Arakawa Area-controlled growth of InAs Quantum dots and improvement of density and size distribution
雑誌名 発行年 ページ
Appl. Phys. Lett., Vol. 77, No. 21, pp. 3382-3384 77 2000.11 3382

著者名 論文標題
T. Someya, K. Hoshino, J. C. Harris, K. Tchibana, and Y. Arakawa Photoluminescence from sub-monolayer-thick GaN/AlGaN quantum wells
雑誌名 発行年 ページ
Applied PhysicsLetters Vol. 77, No. 9, pp. 1336-1338 77 2000.8 1336

著者名 論文標題
T. Someya, K. Hoshino, J. C. Harris, K. Tachibana, S. Kako, and Y. Arakawa Emission at 247 nm from GaN quantum wells grown by MOCVD
雑誌名 発行年 ページ
MaterialResearch Society Symposium Proceedings Vol. 595, W12. 8. 1-W12. 8. 5 595 2000.7  

著者名 論文標題
染谷隆夫, 荒川泰彦 次世代窒化物半導体レーザーの展望-青色面発光レーザーと青色量子ドットレーザー-
雑誌名 発行年 ページ
応用物理、第69巻、第10号、pp. 1196-1199 69 2000.10 1196

著者名 論文標題
Hiroaki Watabe, Kaoru Arakawa, and Yasuhiko Arakawa Nonlinear Inverse Filter Using ε-Filter and Its Applications to Image Restoration
雑誌名 発行年 ページ
IEICE Trans. Fundamentals, vol. E 83-A, no. 2, pp. 283-290 E83-A 2000.2 283

著者名 論文標題
J. M. Z. Ocampo, N. Kamata, K. Hoshino, M. Hirasawa, K. Yamada, M. Nishioka, and Y Arakawa Spectroscopic discrimination of nonradiative centers in quantum wells by two-wavelength excited photoluminescence
雑誌名 発行年 ページ
J. CrystalGrowth, Vol. 210, pp. 238-241 210 2000. 2 238

著者名 論文標題
J. M. Z. Ocampo, N. Kamata, K. Hoshino, K. Endoh, K. Yamada, M. Nishioka, T. Someya and Y Arakawa Spectroscopy of nonradiative recombination centers in quantum wells by two-wavelength excited photoluminescence
雑誌名 発行年 ページ
J. Lumin., Vol. 87-89, pp. 363-365 87 2000. 5 363

著者名 論文標題
Z. W. Zheng, B. Shen, R. Zhang, Y. S. Gui, C. P. Jiang, Z. X. Ma, S. L. Giuo, Y. SHi, T SOmeya and Y Arakawa Occupation of the double subbands by the two-dimensional electron gas in the triangular quantum well at AlGaN/GaN heterostructures
雑誌名 発行年 ページ
Phys. Rev. B, 62, R7739-7745 62 2000.5  

著者名 論文標題
R. Cingolani, M. De Giorgi, R. Rinaldi, H. Lipsanen, M. Sopanen, K. Uchida, N. Miura and Y Arakawa Effects of electron-hole correlation in quantum dots under high magnetic field (up to 45T)
雑誌名 発行年 ページ
Physica E, vol. 7, No. 3-4, pp. 346-349 7 2000.5 346

著者名 論文標題
Ph. Lelong, K. Suzuki, G. Bastard, H. Sakaki, and Y. Arakawa Enhancement of the Coulomb correlations in typeII quantum dots
雑誌名 発行年 ページ
Physica E, vol. 7, No. 3-4, pp. 393-397 7 2000.5 393

著者名 論文標題
B. Shen, T. SOmeya, O. Moriwali, and Y. Arakawa Photoluminescence from two-dimensional electron gas in modulation-doped AlGaN/GaN heterostructures
雑誌名 発行年 ページ
Physica E, vol. 7, No. 3-4, pp. 939-943 7 2000.5 939

著者名 論文標題
Xin-Qi Li and Y. Arakawa Single qubit from two coupled quantum dots: An approach to semiconductor quantum computations
雑誌名 発行年 ページ
Phys. Rev. A, Vol. 63 012302, 63 2000.12  

著者名 論文標題
Y. Arakawa(Invited) Progress in GaN-based Quantum Dots and Heterostructures
雑誌名 発行年 ページ
International Workshop on Novel Gain Materials, Wueraburug   2001.2  

著者名 論文標題
Y. Arakawa, T. Someya, and K. Tachibana Progress in Growth and Physics of Nitride-Based Quantum Dots (Editor's Choice)
雑誌名 発行年 ページ
Phys. Stat. Sol(B), 224, 1-11   2001.1 1

著者名 論文標題
Y. Arakawa(Invited)  
雑誌名 発行年 ページ
Photonics West, SPIE   2001.1  

著者名 論文標題
K. Suzuki and Y. Arakawa Near 1.3mm EMission at Room Temeperature from InAsS/GaAs Self-Assembled Quantum Dots on GaAs Substrates
雑誌名 発行年 ページ
phys. stat. sol. (b)224, 139-142(2001)   2001 139

著者名 論文標題
Arakawa, T. Someya, and K. Tachibana Progress in Growth and Physics of Nitride-Based Quantum Dots
雑誌名 発行年 ページ
phys. Sta. Sol. (b)224, 1-11(2001)   2001 1

著者名 論文標題
R. Rinaldi, M. DeVittorio, R. CIngolani, U. Hohenester, E. Molinari, H. Lipsane, I Tulkki I Ahonelto K Uchida N Correlation Effects in Strain-Induced Quantum Dots
雑誌名 発行年 ページ
phys. Sta. Sol. (b)224, 1-11(2001)   2001 1


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