JP2005236157A - Semiconductor nano-wire element - Google Patents

Semiconductor nano-wire element Download PDF

Info

Publication number
JP2005236157A
JP2005236157A JP2004045681A JP2004045681A JP2005236157A JP 2005236157 A JP2005236157 A JP 2005236157A JP 2004045681 A JP2004045681 A JP 2004045681A JP 2004045681 A JP2004045681 A JP 2004045681A JP 2005236157 A JP2005236157 A JP 2005236157A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor
band gap
quantum
intermediate layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004045681A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Kawamura
朋晃 川村
Bhunia Satyaban
ブニア サッチャバン
Yoshio Watanabe
義夫 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2004045681A priority Critical patent/JP2005236157A/en
Publication of JP2005236157A publication Critical patent/JP2005236157A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor nano-wire element having a high function. <P>SOLUTION: There is formed the semiconductor nano-wire element having on a gallium-phosphorus substrate 1 as its constituent elements a lower layer 2 made of gallium and phosphorus, an intermediate layer 3 made of indium and phosphorus, and an upper layer 4 made of gallium and phosphorus. The semiconductor nano-wire element is so constituted as to bury the whole of its nano-wires in a protective layer 5 in order to prevent the affection of the oxidation of each nano-wire, etc. which is caused by the atmospheric air. In each formed nano-wire, its diameter is 9-30 nm, and the lengths of its lower layer 2 and its upper layer 4 are 300 nm, and further, the thickness of its intermediate layer 3 is 10 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体ナノワイヤー素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor nanowire element.

半導体材料を利用した光デバイスにおいて、デバイスサイズを小さくしていくと量子効果の影響が生じる。この量子効果を利用することにより光デバイスの種々の特性向上が期待され、たとえば量子ドットレーザー等への応用も期待されている。   In an optical device using a semiconductor material, when the device size is reduced, the quantum effect is affected. By utilizing this quantum effect, various characteristics of the optical device are expected to be improved. For example, application to a quantum dot laser or the like is also expected.

半導体デバイスが量子化された場合、そのエネルギー準位は以下のように表すことができる。   When a semiconductor device is quantized, its energy level can be expressed as follows.

Figure 2005236157
ここで(1)は一つの方向のみ量子化された二次元量子デバイス、(2)は二つの方向が量子化された一次元量子デバイス、(3)はすべての方向が量子化さ加たゼロ次元デバイスに対応し、それぞれ量子デイスク、量子ワイヤー、量子ボックス等と呼ばれる構造に対応する。また、l、m、n(=1、2、3、…)はそれぞれの方向に対応する量子準位、kおよびkは、それぞれ、yおよびz方向の波数ベクトル、mは電子およびホールに対する有効質量、横棒つきのhはプランク定数を2πで割った値、t、t、tは、それぞれ、量子化が起こる領域のx、y、z方向の長さを示す。
Figure 2005236157
Here, (1) is a two-dimensional quantum device that is quantized in only one direction, (2) is a one-dimensional quantum device that is quantized in two directions, and (3) is a zero that is quantized in all directions. It corresponds to a three-dimensional device and corresponds to a structure called a quantum disk, a quantum wire, a quantum box, or the like. Further, l, m, n (= 1, 2, 3,...) Are quantum levels corresponding to the respective directions, ky and k z are wave vector in the y and z directions, and m * is an electron and effective mass for holes, the value h of the horizontal bar with divided by Planck's constant by 2 [pi, t x, t y, t z, respectively, showing x regions quantization occurs, y, and z-direction length.

このようにエネルギー準位が量子化されることにより、状態密度関数が二次元の場合はステップ関数、一次元およびゼロ次元の場合はよりデルタ関数に近づくことになり、例えば光デバイスにおける発光効率が増加する等のメリットが生じる。この効果は量子化が進むにつれて顕著になり、例えば二次元デバイスである量子ディスクよりも一次元デバイスとなる量子ワイヤー、あるいはゼロ次元デバイスである量子箱の方が特性の向上を見込むことができる。   By quantizing the energy levels in this way, the state density function is closer to the step function when the state density function is two-dimensional, and closer to the delta function when the state density function is one-dimensional and zero-dimensional. Benefits such as increased. This effect becomes more prominent as the quantization progresses. For example, the quantum wire that is a one-dimensional device or the quantum box that is a zero-dimensional device can be expected to improve characteristics than a quantum disk that is a two-dimensional device.

現在実用化されている量子デバイスは式(1)にある二次元デバイスが主であり、たとえば量子井戸レーザー等の例がある(例えば下記非特許文献1参照)。この場合、量子井戸レーザーの発振波長の制御が容易、低い電流でレーザー励起が可能であるなどの特徴があり、二次元あるいは三次元の量子効果を利用したデバイスを実現することにより多くの特性向上が予想される。   Quantum devices currently in practical use are mainly two-dimensional devices in the formula (1), and examples include quantum well lasers (for example, see Non-Patent Document 1 below). In this case, there are features such as easy control of the oscillation wavelength of the quantum well laser and possible laser excitation with a low current. Many characteristics are improved by realizing a device using a two-dimensional or three-dimensional quantum effect. Is expected.

しかしながら、量子井戸レーザーの場合、そのサイズは通常直径数百nm、厚さ数nm〜数十nmであり、量子効果が生じるサイズである十数nmを満足するのは厚さ方向だけである。このため量子井戸の場合、量子化は垂直方向についてのみ実現されている二次元の量子デバイスであり、量子効果の利用はまだ充分とは言えない。   However, in the case of a quantum well laser, the size is usually several hundred nm in diameter and several nm to several tens of nm in thickness, and it is only the thickness direction that satisfies the tenth nm, which is the size at which the quantum effect occurs. For this reason, in the case of a quantum well, quantization is a two-dimensional quantum device realized only in the vertical direction, and the use of the quantum effect is not yet sufficient.

次の段階の量子デバイスである一次元の量子デバイスとしては断面のサイズが十数nm、長さが数百nmになる半導体ナノワイヤー(量子ワイヤー)が考えられ、このようなデバイス作製の試みとして、基板表面をリソグラフィ等により加工した半導体基板を用いた量子ワイヤー作製が試みられている(例えば下記非特許文献1参照)。しかしながら、この手法は基板の表面構造の不均一性による選択成長を利用しており、ミクロレベルで見た場合、量子効果を左右する精密な形状制御を行うことは困難である。   Semiconductor nanowires (quantum wires) with a cross-sectional size of several tens of nanometers and a length of several hundred nanometers are considered as one-dimensional quantum devices that are the next stage quantum devices. An attempt has been made to produce a quantum wire using a semiconductor substrate whose substrate surface is processed by lithography or the like (for example, see Non-Patent Document 1 below). However, this method uses selective growth due to the non-uniformity of the surface structure of the substrate, and when viewed at the micro level, it is difficult to perform precise shape control that affects the quantum effect.

また、これとは別のアプローチとして、金属触媒によるVLS(Vapor−Liquid−Solid)メカニズムを用いたナノワイヤーの作製が最近試みられてきている。作製手法としては、レーザーアブレーションおよび化学反応性分子ビームエピタキシー(Chemical Beam Epitaxy)を用いた例が発表されており、金属触媒粒子のサイズを変えることにより精密なサイズ制御ができている(例えば下記非特許文献2および3参照)。   As another approach, nanowire fabrication using a metal catalyst-based VLS (Vapor-Liquid-Solid) mechanism has recently been attempted. As an example of a production method, an example using laser ablation and chemically reactive molecular beam epitaxy has been published, and precise size control can be performed by changing the size of the metal catalyst particles (for example, the following non-specification). (See Patent Documents 2 and 3).

また、得られたナノワイヤーの直径は数nmまでのものが実現できており、充分量子効果の発現できるサイズになっている。しかしながら、現在のところこれらのナノワイヤーの応用は電子デバイスに限られており、光デバイスヘの応用はほとんどない。また、ナノワイヤーを光デバイスに応用した例においても、基板から分離させたナノワイヤーを適当にばらまき、電極上にたまたま載ったものを光デバイスとして用いているに過ぎず、ナノワイヤー自体に機能を持たせているわけではない。さらに実用的なデバイス作製プロセスを考慮した場合、このような方法では良好なプロセス制御が容易ではないという問題点がある。   Moreover, the diameter of the obtained nanowire can be realized up to several nanometers, and is a size that can sufficiently exhibit the quantum effect. However, at present, the application of these nanowires is limited to electronic devices, and there is almost no application to optical devices. Also, in examples where nanowires are applied to optical devices, the nanowires separated from the substrate are appropriately dispersed, and only those that happen to be placed on the electrodes are used as optical devices. I don't have it. Furthermore, when a practical device manufacturing process is considered, there is a problem that good process control is not easy with such a method.

著書:「半導体超格子の物理と応用」、培風館。Book: “Physics and Applications of Semiconductor Superlattices”, Baifukan. 学術論文:X. Duan 他、Applied Physics Letters,vol.67,p.1116,2000年。Academic papers: X. Duan et al., Applied Physics Letters, vol. 67, p. 1116, 2000. 学術論文:B.J.Ohlsson,Applied Physics Letters,vol.79,p.3335.2001年)。Academic papers: J. et al. Ohlsson, Applied Physics Letters, vol. 79, p. 3335.2001). 学術論文:O.I.Micic 他,J.Phys.Chem., B,vol.101,p.4094,1997年。Academic papers: I. Mic et al. Phys. Chem., B, vol. 101, p. 4094, 1997.

本発明の目的は、従来の半導体ナノワイヤー素子ではワイヤーのサイズ効果のみを利用してきたため、その応用が限られていたという問題を解決し、高機能な半導体ナノワイヤー素子を提供することである。   An object of the present invention is to solve the problem that the application of the conventional semiconductor nanowire element is limited because only the wire size effect has been used, and to provide a highly functional semiconductor nanowire element.

本発明においては、上記目的を達成するために、請求項1に記載のように、
少なくとも2つの異なる組成を持つ3層の半導体層からなる3層構造を持つ半導体ナノワイヤー素子であって、前記3層構造の上部層および下部層に挾まれた中間層が、前記上部層のバンドギャップおよび前記下部層のバンドギャップのいずれよりも小さいバンドギャップを持つ直接遷移型の材料からなり、30nm以下の幅と30nm以下の厚さとを有することを特徴とする半導体ナノワイヤー素子を構成する。
In the present invention, in order to achieve the above object, as described in claim 1,
A semiconductor nanowire device having a three-layer structure comprising three semiconductor layers having at least two different compositions, wherein an intermediate layer sandwiched between an upper layer and a lower layer of the three-layer structure is a band of the upper layer The semiconductor nanowire device is formed of a direct transition material having a smaller band gap than both the gap and the band gap of the lower layer, and has a width of 30 nm or less and a thickness of 30 nm or less.

また、本発明においては、請求項2に記載のように、
請求項1記載の半導体ナノワイヤー素子において、前記中間層が3層以上の細分化層よりなる積層構造を持ち、該積層構造は、前記上部層のバンドギャップおよび前記下部層のバンドギャップのいずれよりも大でないバンドギッヤプを持つ半導体材料からなる第1の細分化層と、該第1の細分化層のバンドギャップよりも小さいバンドギッヤプを持つ直接遷移型の半導体材料からなる第2の細分化層とを交互に積み重ねてなることを特徴とする半導体ナノワイヤー素子を構成する。
In the present invention, as described in claim 2,
2. The semiconductor nanowire element according to claim 1, wherein the intermediate layer has a laminated structure including three or more subdivided layers, and the laminated structure is formed by any one of the band gap of the upper layer and the band gap of the lower layer. A first subdivided layer made of a semiconductor material having a bandgap that is not too large, and a second subdivided layer made of a direct transition type semiconductor material having a bandgap smaller than the bandgap of the first subdivided layer A semiconductor nanowire element characterized by being alternately stacked is formed.

また、本発明においては、請求項3に記載のように、
請求項1記載の半導体ナノワイヤー素子において、前記上部層および下部層がガリウムリンからなり、前記中間層がインジウムリンからなることを特徴とする半導体ナノワイヤー素子を構成する。
In the present invention, as described in claim 3,
2. The semiconductor nanowire element according to claim 1, wherein the upper layer and the lower layer are made of gallium phosphide, and the intermediate layer is made of indium phosphide.

また、本発明においては、請求項4に記載のように、
請求項1記載の半導体ナノワイヤー素子において、前記上部層および下部層がガリウム砒素からなり、前記中間層がインジウム砒素からなることを特徴とする半導体ナノワイヤー素子を構成する。
In the present invention, as described in claim 4,
2. The semiconductor nanowire element according to claim 1, wherein the upper layer and the lower layer are made of gallium arsenide, and the intermediate layer is made of indium arsenide.

本発明の実施により、高機能な半導体ナノワイヤー素子を提供することが可能となる。   By implementing the present invention, it is possible to provide a highly functional semiconductor nanowire element.

本発明においては、上記目的を達成するための手段として、基板上に、3層からなる半導体3層構造を作製し、その中に半導体ナノワイヤーを形成するとともに、半導体3層構造の上部層および下部層のバンドギャップを中間層よりも大きくすることにより、上部層および下部層へのキャリアの侵み出しを防ぎ、中間層を理想的なゼロ次元量子デバイスとするものである。   In the present invention, as means for achieving the above object, a three-layer semiconductor three-layer structure is formed on a substrate, semiconductor nanowires are formed therein, an upper layer of the semiconductor three-layer structure, and By making the band gap of the lower layer larger than that of the intermediate layer, it is possible to prevent carriers from penetrating into the upper layer and the lower layer, and to make the intermediate layer an ideal zero-dimensional quantum device.

この場合、上部層および下部層を構成する材料のバンドギャップが中間層よりも大きければ良く、このような組合せの材料であれば、基本的にはどのような組み合わせでも良い。例えば、上部層および下部層にはガリウムリンを、中間層にはインジウムリンを選択しても良いし、上部層および下部層にはガリウム砒素を、中間層にはインジウム砒素を選択しても良いし、上部層および下部層にはガリウム砒素を、中間層にはガリウムアンチモンを選択しても良いし、上部層および下部層には硫化セレンを、中間層にはガリウム砒素を選択しても良い。   In this case, the band gap of the material constituting the upper layer and the lower layer may be larger than that of the intermediate layer, and basically any combination is possible as long as the material is such a combination. For example, gallium phosphide may be selected for the upper and lower layers, indium phosphide may be selected for the intermediate layer, gallium arsenide may be selected for the upper and lower layers, and indium arsenide may be selected for the intermediate layer. In addition, gallium arsenide may be selected for the upper layer and the lower layer, gallium antimony may be selected for the intermediate layer, selenium sulfide may be selected for the upper layer and the lower layer, and gallium arsenide may be selected for the intermediate layer. .

さらに、例えば、表1に記載されている格子定数の近い任意の二種類の材料を選択し、バンドギャップが大きい材料を上部層および下部層に用い、バンドギャップの小さいものを中間層に選択しても良い。   Furthermore, for example, any two types of materials having close lattice constants listed in Table 1 are selected, materials having a large band gap are used for the upper layer and the lower layer, and materials having a small band gap are selected for the intermediate layer. May be.

前記中間層は、量子効果を受けた電子準位間の直接遷移が起こる直接遷移型の材料によって構成されているものとする。   The intermediate layer is made of a direct transition material in which a direct transition between electron levels subjected to a quantum effect occurs.

さらに、中間層を積層化し、バンドギャップの小さい活性層を、バンドギャップが活性層のバンドギャップよりも大きく、上部層のバンドギャップおよび下部層のバンドギャップよりも大きくないバリア層で挾むとともに活性層の厚さを量子サイズ効果が起きる厚さ以下にすることにより特性向上を図っても良い。   Furthermore, the intermediate layer is laminated, and the active layer with a small band gap is sandwiched by a barrier layer whose band gap is larger than the band gap of the active layer and not larger than the band gap of the upper layer and the band gap of the lower layer and the active layer The characteristics may be improved by making the thickness of the layer less than the thickness at which the quantum size effect occurs.

以下本発明の実施例を述べるが、本願発明はこれら実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

Figure 2005236157
Figure 2005236157

本発明の実施例の概念図を図1に示す。   A conceptual diagram of an embodiment of the present invention is shown in FIG.

本実施例では、ガリウムリン基板1上にガリウムリン下部層2、インジウムリン中間層4およびガリウムリン上部層3からなるナノワイヤーを形成した。大気による酸化等の影響を防ぐためナノワイヤー全体は保護層5の中に埋め込んである。ここで作製したナノワイヤーの径は、インジウムリン中間層4の幅(図1における水平方向の幅)で近似され、9〜30nmであり、下部層2および上部層3の長さは300nmであり、中間層4の厚さは10nmである。   In this example, a nanowire composed of a gallium phosphide lower layer 2, an indium phosphide intermediate layer 4 and a gallium phosphide upper layer 3 was formed on the gallium phosphide substrate 1. The entire nanowire is embedded in the protective layer 5 in order to prevent the influence of oxidation or the like by the atmosphere. The diameter of the nanowire produced here is approximated by the width of the indium phosphide intermediate layer 4 (horizontal width in FIG. 1), which is 9 to 30 nm, and the lengths of the lower layer 2 and the upper layer 3 are 300 nm. The thickness of the intermediate layer 4 is 10 nm.

次に、今回作製したナノワイヤーの光学特性をフォトルミネッセンス測定により評価した。測定温度は10Kであり、光源として色素レーザーを用いた。また、レーザーの励起エネルギーはガリウムリンの励起エネルギーよりも小さくかつインジウムリンの発光が可能な2.2eVに固定した。また、レーザーのエネルギーは1×10−7J/cmである。 Next, the optical characteristics of the nanowire produced this time were evaluated by photoluminescence measurement. The measurement temperature was 10K, and a dye laser was used as the light source. The excitation energy of the laser was fixed at 2.2 eV, which is smaller than the excitation energy of gallium phosphorus and capable of emitting indium phosphorus. The energy of the laser is 1 × 10 −7 J / cm 2 .

図2に、測定したフォトルミネッセンスのスペクトルを示す。(a)はバルク結晶の発光スペクトル、(b)〜(g)までは、それぞれ、ナノワイヤーの径を9.0nmから30nmまで変化させた場合の発光スペクトルに対応する。ナノワイヤーの径が30nmのときはバルクのピークからのシフト量(いわゆるブルーシフトの値)は0.05eV程度とあまり大きくないが、ワイヤーの径が小さくなるにつれてシフト量は大きくなっていることが分かる。なおワイヤーの径が小さくなると発光ピークの半値幅が増加しているが、これは量子効果が大きいほどワイヤーの径のばらつきに敏感になってきていることを反映しており、各ワイヤーからの発光ピークの半値幅は充分小さくなっていると予想される。   FIG. 2 shows the measured photoluminescence spectrum. (A) corresponds to the emission spectrum of the bulk crystal, and (b) to (g) correspond to the emission spectrum when the diameter of the nanowire is changed from 9.0 nm to 30 nm, respectively. When the nanowire diameter is 30 nm, the shift amount from the bulk peak (so-called blue shift value) is not so large as about 0.05 eV, but the shift amount increases as the wire diameter decreases. I understand. Note that the half-value width of the emission peak increases as the wire diameter decreases, but this reflects the fact that the greater the quantum effect, the more sensitive the wire diameter is, and the light emission from each wire. The half width of the peak is expected to be sufficiently small.

また、図3に、ピーク強度エネルギーシフト量とワイヤー径との関係を示す。ワイヤー径が小さくなると、ピーク強度のエネルギーシフト量は大きくなっており、特にワイヤーの径が15nm以下になると、そのシフト量は急激に増加する。これは15nm以下では量子効果の影響が大きくなっていることを示している。また、図中に示した計算値は、InPコロイド粒子の発光スペクトル(上記非特許文献4に記載)より求めた値であるが、ほぼ実測値と一致しており、このことからも、本発明によって充分な量子閉じ込め効果が得られている素子ができたこが判る。また、さらに、今回の測定において発光に必要なレーザーのエネルギーは径が小さくなるほど低下しており、本発明が優位であることを示している。   FIG. 3 shows the relationship between the peak intensity energy shift amount and the wire diameter. When the wire diameter is reduced, the energy shift amount of the peak intensity is increased. In particular, when the wire diameter is 15 nm or less, the shift amount increases rapidly. This indicates that the influence of the quantum effect is increased below 15 nm. The calculated values shown in the figure are values obtained from the emission spectrum of InP colloidal particles (described in Non-Patent Document 4 above), which are almost the same as the actually measured values. Thus, it can be seen that an element having a sufficient quantum confinement effect was obtained. Furthermore, in this measurement, the laser energy required for light emission decreases as the diameter decreases, indicating that the present invention is superior.

上記のようにして、少なくとも2つの異なる組成を持つ3層の半導体層からなる3層構造を持つ半導体ナノワイヤー素子であって、3層構造の上部層および下部層に挾まれた中間層が、上部層のバンドギャップおよび下部層のバンドギャップのいずれよりも小さいバンドギャップを持つ直接遷移型の材料からなり、30nm以下の幅と30nm以下の厚さとを有することを特徴とする半導体ナノワイヤー素子を作製することができる。中間層4の長さが100nm以上であれば、ナノワイヤーとしての特性が現われ、その長さをそれよりも短くしていけば、特性は量子箱の特性に近づく。   As described above, a semiconductor nanowire element having a three-layer structure including three semiconductor layers having at least two different compositions, and an intermediate layer sandwiched between an upper layer and a lower layer of the three-layer structure, A semiconductor nanowire device comprising a direct transition material having a band gap smaller than both of an upper layer band gap and a lower layer band gap, and having a width of 30 nm or less and a thickness of 30 nm or less. Can be produced. If the length of the intermediate layer 4 is 100 nm or more, characteristics as nanowires appear, and if the length is made shorter than that, the characteristics approach those of a quantum box.

このような半導体ナノワイヤー素子を光デバイスの構成要素として用いる場合には、デバイス動作時の外部光または外部電場の励起エネルギーを中間活性層であるの中間層バンドギャップ以上かつ上部および下部バリア層である上部層および下部層のバンドギャップ以下にする。   When such a semiconductor nanowire element is used as a component of an optical device, the excitation energy of external light or external electric field during device operation is greater than the intermediate layer band gap of the intermediate active layer, and the upper and lower barrier layers. Below the band gap of some upper and lower layers.

また、中間層4をさらに多層構造のものにして、光デバイスとしての性能をさらに高めることができる。すなわち、中間層4が3層以上の細分化層よりなる積層構造を持ち、該積層構造は、上部層3のバンドギャップおよび下部層2のバンドギャップのいずれよりも大でないバンドギッヤプを持つ半導体材料からなる第1の細分化層と、該第1の細分化層のバンドギャップよりも小さいバンドギッヤプを持つ直接遷移型の半導体材料からなる第2の細分化層とを交互に積み重ねて形成されるようにすれば、さらに高性能の光デバイスとしての半導体ナノワイヤー素子を得ることができる。   Moreover, the intermediate layer 4 can be made into a multilayer structure, and the performance as an optical device can be further enhanced. That is, the intermediate layer 4 has a laminated structure composed of three or more subdivided layers, and the laminated structure is made of a semiconductor material having a band gap that is not larger than either the band gap of the upper layer 3 or the band gap of the lower layer 2. The first subdivided layer and the second subdivided layer made of a direct transition type semiconductor material having a band gap smaller than the band gap of the first subdivided layer are alternately stacked. Then, a semiconductor nanowire element as a higher performance optical device can be obtained.

なお、上記の半導体ナノワイヤー素子は、基板上の任意の位置に作製することが可能であり、その集積化も容易である。   In addition, said semiconductor nanowire element can be produced in the arbitrary positions on a board | substrate, and the integration is also easy.

以上のように、本発明を用いることにより、従来困難であった半導体ナノワイヤーへの機能付加を行うとともに、量子効果を利用した高性能な光デバイスを実現させることが可能となり、将来のネットワーク通信の発展に寄与することができる高性能光デバイスの作製技術への貢献を図ることができる。   As described above, by using the present invention, it has become possible to add functions to semiconductor nanowires, which has been difficult in the past, and to realize high-performance optical devices using the quantum effect. It is possible to contribute to the manufacturing technology of high-performance optical devices that can contribute to the development of

本発明の実施例の概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of the Example of this invention. 本発明による半導体ナノワイヤー素子からの発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum from the semiconductor nanowire element by this invention. 本発明による半導体ナノワイヤー素子におけるピーク強度エネルギーシフト量とワイヤー径との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak intensity energy shift amount and the wire diameter in the semiconductor nanowire element by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…下部層、3…上部層、4…中間層、5…保護層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Lower layer, 3 ... Upper layer, 4 ... Intermediate | middle layer, 5 ... Protective layer.

Claims (4)

少なくとも2つの異なる組成を持つ3層の半導体層からなる3層構造を持つ半導体ナノワイヤー素子であって、前記3層構造の上部層および下部層に挾まれた中間層が、前記上部層のバンドギャップおよび前記下部層のバンドギャップのいずれよりも小さいバンドギャップを持つ直接遷移型の材料からなり、30nm以下の幅と30nm以下の厚さとを有することを特徴とする半導体ナノワイヤー素子。   A semiconductor nanowire device having a three-layer structure comprising three semiconductor layers having at least two different compositions, wherein an intermediate layer sandwiched between an upper layer and a lower layer of the three-layer structure is a band of the upper layer A semiconductor nanowire device comprising a direct transition material having a band gap smaller than any of the gap and the band gap of the lower layer, and having a width of 30 nm or less and a thickness of 30 nm or less. 請求項1記載の半導体ナノワイヤー素子において、前記中間層が3層以上の細分化層よりなる積層構造を持ち、該積層構造は、前記上部層のバンドギャップおよび前記下部層のバンドギャップのいずれよりも大でないバンドギッヤプを持つ半導体材料からなる第1の細分化層と、該第1の細分化層のバンドギャップよりも小さいバンドギッヤプを持つ直接遷移型の半導体材料からなる第2の細分化層とを交互に積み重ねてなることを特徴とする半導体ナノワイヤー素子。   2. The semiconductor nanowire element according to claim 1, wherein the intermediate layer has a laminated structure including three or more subdivided layers, and the laminated structure is formed by any one of the band gap of the upper layer and the band gap of the lower layer. A first subdivided layer made of a semiconductor material having a bandgap that is not too large, and a second subdivided layer made of a direct transition type semiconductor material having a bandgap smaller than the bandgap of the first subdivided layer A semiconductor nanowire element characterized by being alternately stacked. 請求項1記載の半導体ナノワイヤー素子において、前記上部層および下部層がガリウムリンからなり、前記中間層がインジウムリンからなることを特徴とする半導体ナノワイヤー素子。   2. The semiconductor nanowire element according to claim 1, wherein the upper layer and the lower layer are made of gallium phosphorus, and the intermediate layer is made of indium phosphorus. 請求項1記載の半導体ナノワイヤー素子において、前記上部層および下部層がガリウム砒素からなり、前記中間層がインジウム砒素からなることを特徴とする半導体ナノワイヤー素子。   2. The semiconductor nanowire element according to claim 1, wherein the upper layer and the lower layer are made of gallium arsenide, and the intermediate layer is made of indium arsenide.
JP2004045681A 2004-02-23 2004-02-23 Semiconductor nano-wire element Pending JP2005236157A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004045681A JP2005236157A (en) 2004-02-23 2004-02-23 Semiconductor nano-wire element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004045681A JP2005236157A (en) 2004-02-23 2004-02-23 Semiconductor nano-wire element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005236157A true JP2005236157A (en) 2005-09-02

Family

ID=35018764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004045681A Pending JP2005236157A (en) 2004-02-23 2004-02-23 Semiconductor nano-wire element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005236157A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100661960B1 (en) 2005-09-28 2006-12-28 엘지전자 주식회사 Light emitting diode and manufacturing method thereof
JP2009028797A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Nanostructure and method for manufacturing nanostructure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100661960B1 (en) 2005-09-28 2006-12-28 엘지전자 주식회사 Light emitting diode and manufacturing method thereof
JP2009028797A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Nanostructure and method for manufacturing nanostructure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5344931B2 (en) Optoelectronic devices using materials with improved electronic transitions
Wu et al. Inorganic semiconductor nanowires: rational growth, assembly, and novel properties
Ramesh et al. Strain relaxation effect by nanotexturing InGaN/GaN multiple quantum well
Qian et al. Multi-quantum-well nanowire heterostructures for wavelength-controlled lasers
Felici et al. Site‐Controlled InGaAs Quantum Dots with Tunable Emission Energy
KR101718067B1 (en) Light emitting device and method of manufacturing the same
JP4790202B2 (en) Quantum cascade laser
JP2006303508A (en) Superlattice nanodevice and manufacturing method thereof
US9020005B2 (en) Multicolor photonic crystal laser array
Kawashima et al. GaN-based surface-emitting laser with two-dimensional photonic crystal acting as distributed-feedback grating and optical cladding
JP4790201B2 (en) Quantum cascade laser
Yasuoka et al. Quantum-dot semiconductor optical amplifiers with polarization-independent gains in 1.5-$\mu $ m wavelength bands
Sun et al. Transfer and recombination mechanism of carriers in phase-separated InGaN quantum wells
Liu et al. Control, optimization and measurement of parameters of semiconductor nanowires lasers
Danang Birowosuto et al. Design for ultrahigh-Q position-controlled nanocavities of single semiconductor nanowires in two-dimensional photonic crystals
Alahmadi et al. Effects of selective area intermixing on InAlGaAs multiple quantum well laser diode
US9287456B2 (en) Silicon-germanium light-emitting element
JP2008244264A (en) Semiconductor optical device and method for manufacturing the same
Tomioka et al. Rational synthesis of atomically thin quantum structures in nanowires based on nucleation processes
JP2005236157A (en) Semiconductor nano-wire element
KR100458162B1 (en) ZnO based quantum well and/or superlattice nanowires
JP2018507564A (en) Vertical cavity surface emitting laser
Xing et al. Mid-infrared photon sensing using InGaN/GaN nanodisks via intersubband absorption
JP2004235628A (en) InP-BASED HIGH-TEMPERATURE LASER HAVING InAsP QUANTUM WELL LAYER AND Gax(AlIn) l-xP BARRIER LAYER
KR100695842B1 (en) Optical device having dissymmetrical semiconductor layers formed on upper and lower of quantum dots and method for fabricating the same