量子ドットと光ドットの結合による室温励起子遷移レートの制御

通过量子点和光学点耦合控制室温激子跃迁速率

• 批准号: 11750246
• 负责人: 熊野 英和
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750246/
• 关键词: 三次元光共振器; 半導体微小共振器; フォトニック・ドット; 選択成長技術; 自然放出光レートの変調; II-VI族化合物半導体; 性能指数 (Q値); 微小光源; 自然放出光制御; ワイドバンドギャップ半導体; 選択成長; 励起子遷移; フォトニックドット

半導体光共振器の分野で従来から研究されている構造は分布ブラッグ反射鏡(DBR)を用いた光の成長軸方向への一次元閉じ込めであり、この場合理論的に十分に大きな電子系との相互作用が得難い。当該研究では光場を閉じ込める半導体共振器として、従来型DBR構造に代わって選択成長技術を利用した、サイズが光の波長程度で光の三次元閉じ込めが可能なピラミッド型の半導体光共振器構造(フォトニックドット)を提案し、これを実際に作製した。この構造において反射スペクトル測定を行ったところ高い性能指数(Q値)を持つ共振ピークが観測され、三次元の光共振器として機能することを示した。三次元光閉じ込めを実現するフォトニックドットは、カーボンマスク上でII-VI族化合物半導体であるZnSの選択成長技術を利用して作製した。マスク開口の典型的なサイズは1μmであり、ピラミッド構造の側壁は結晶成長時に自然形成される{034}ファセットで構成されるため、散乱ロスを抑制できる。このフォトニックドット一つに測定領域を絞り室温において反射スペクトルを測定した結果、三次元閉じ込めされた光場の共振モードの構造が明瞭に観測された。Q値は1000程度であった。更に、電子系と光場との相互作用の強さを示すPurcell factor(F)が、三次元光閉じ込め効果によりF〜9とDBR共振器では得られない高い値を示した。微小光源としてこのフォトニックドットを考える上では活性層を埋め込む必要がある。そこでこのフォトニックドット中にCdS dotを埋め込み、光学特性の評価を行った。その結果、フォトニックドット領域にのみ光場の共振モードと対応する発光が室温で観測された。これらの結果は、光場の三次元閉じ込めにより強い電子系との相互作用が起こり、自然放出光レートが連続場の場合に比べて高くなっていることを示すと解釈できる。更に自然放出光レートの変調の詳細を明らかにするため、時間分解分光法による寿命測定を行っていきたい。

在半导体对比装置领域所研究的结构已经在光的生长轴方向上使用分布吹反射镜（DBR）是一个单维陷阱，在这种情况下，理论上大型电子系统已经足够了大型。在这项研究中，作为捕获光场的半导体谐振器，金字塔型半导体光摇震结构（可以将其捕获在光的大小中，并且可以局限于光波长的大小，可以局限于限制的波长提出了光的DBR结构。在该结构中，当进行反射频谱测量时，观察到具有高性能指数（Q值）的谐振峰，表明它充当三维光学谐振器。实现三维光闭合的光子点是使用ZnS的选择和生长技术创建的，Zns是碳面膜上的II-VI部落化合物半导体。蒙版开口的典型尺寸为1μm，金字塔结构的侧壁由{034}的刻面组成，在晶体生长过程中自然形成，因此可以抑制散射的损失。由于测量区域的测量和测量室温下的反射光谱，清楚地观察到了三维捕获的光场的共振模式的结构。 Q值约为1000。此外，指示电子系统与光场之间相互作用的强度的purcell因子（F）表明，由于三维光闭合效应，F -9和DB谐振器无法获得的高值。作为微观源，必须在考虑该光子点时嵌入活性层。因此，将CDS点嵌入该光子点中以评估光学特性。结果，仅在室温下观察到与光子点区域中的光散热模式相对应的光发射。这些结果可以解释为表明与光场的三维陷阱的相互作用发生，并且自然释放速率高于连续场。此外，为了进一步阐明自然释放光率调制的细节，我们想测量时间分解光方法的寿命。

项目成果

上田章雄: "Growth mechanism of selectively grown II-VI semiconductor photonic dots for short-wavelength light emitters"Journal of GRYSTAL GROWTH. 221. 425-430 (2000)

Akio Ueda：“用于短波长发光体的选择性生长 II-VI 半导体光子点的生长机制”GRYSTAL GROWTH 杂志 221. 425-430 (2000)。

末宗幾夫: "Semiconductor Optical Dots : Visible-Wavelength-Sized Optical Resonators"Applied Physics Letters. 74巻14号. 1963-1965 (1999)

Ikuo Suemune：“半导体光学点：可见波长大小的光学谐振器”《应用物理快报》第 74 卷，第 14 期。1963-1965 年（1999 年）

上田章雄: "Enhancement of Spontaneous Emission by ZnS-based II-VI Semiconductor Photonic Dots"Journal of GRYSTAL GROWTH. 214/215. 1024-1028 (2000)

Akio Ueda：“基于 ZnS 的 II-VI 半导体光子点增强自发发射”，《GRYSTAL GROWTH》杂志 214/215 (2000)。

上田章雄: "Fabrication of Selectively Grown II-VI Widegap Semiconductor Photonic Dots on (001) GaAs with MOMBE"Journal of GRYSTAL GROWTH. 209. 518-521 (2000)

Akio Ueda：“利用 MOMBE 在 (001) GaAs 上选择性生长 II-VI 宽禁带半导体光子点”GRYSTAL GROWTH 杂志 209. 518-521 (2000)

末宗幾夫: "フォトニックドットによる自然放出光制御の研究"電子科学研究. 8(印刷中). (2000)

Ikuo Suemune：“利用光子点进行自发发射控制的研究”电子科学研究8（出版中）。