半導体リッジ型ナノ構造における近接場光の分布と光学遷移

半导体脊型纳米结构的近场光分布和光学跃迁

• 批准号: 11122205
• 负责人: 秋山 英文
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11122205/
• 关键词: 近接場; 半導体ナノ構造; 量子構造; リッジ; 遷移確率; ソリッドイマージョンレンズ; 顕微鏡

鋭く尖ったリッジ型ファセット成長ナノ構造試料に対し、ソリッドイマージョン(SIL)近接場蛍光顕微分光法を用いて近接場光をピックアップし観察を行った。SILはマイクロボールを半球型もしくはレンズ中心からr/nの高さで底面加工したレンズ(ワイエルストラス球型)で理想的には球面収差はない。これを通常の光学顕微鏡の対物レンズと組み合わせて発光画像計測を室温および低温で行った。その際、分解能の向上のみならず、検出効率の著しい向上が確かめられた。これを理解するために、誘電体界面上やその近傍に存在する分子からの双極子放射過程を物理的に考察し、実験結果の解釈を得た。これらは、近接場顕微鏡一般に関わる問題を含むとともに、特に単分子計測など化学・生物・医学への応用にも有用と思われる。さらに、この効果を研究するために、蛍光色素をドープした半径110nmのポリスチレンビーズをもちいて、n=1.687の半球型SILにそのビーズを付着させ、空気側とSIL側から、反射型励起蛍光顕微鏡を行い、得られる蛍光強度を比較した。NA=0.55の対物レンズで7.5倍、NA=0.8の対物レンズで12倍もの検出蛍光強度の増大が観測された。ケーラー照明光がSILによりn^2=2.85ぶんだけ集光されることを考慮に入れると、NA=0.55と0.8の場合のそれぞれの検出効率(SIL側/空気側)は、2.6および4.2倍改善していることになる。半球型SILの表面近くに置かれた蛍光体からの蛍光放射パターンを計算したところ、蛍光が、屈折率の高いSILの側に強く片寄っていることがわかり、実験結果を定量的に再現できることがわかった。

使用固体浸没 (SIL) 近场荧光显微光谱仪在具有尖锐脊型小面的纳米结构样品上拾取并观察近场光。 SIL是将微球加工成半球状或者在距离透镜中心r/n的高度处对底面进行加工而成的透镜（威尔斯特拉斯球型），理想情况下没有球面像差。与普通光学显微镜的物镜组合，可在室温和低温下进行发光图像测量。当时证实，不仅分辨率提高了，而且检测效率也显着提高。为了理解这一点，我们物理上考虑了介电界面上或附近存在的分子的偶极子发射过程，并获得了对实验结果的解释。这些通常包括与近场显微镜相关的问题，并且被认为对于化学、生物学和医学应用（例如单分子测量）特别有用。此外，为了研究这种效应，我们将半径为 110 nm 的掺杂有荧光染料的聚苯乙烯珠附着到 n=1.687 的半球形 SIL 上，并使用反射激发荧光显微镜从空气侧和 SIL 侧对其进行检查。比较获得的荧光强度。观察到用NA=0.55的物镜检测到的荧光强度增加了7.5倍，用NA=0.8的物镜检测到的荧光强度增加了12倍。考虑到科勒照明光由 SIL 聚焦 n^2=2.85，NA=0.55 和 0.8 的检测效率（SIL 侧/空气侧）分别提高了 2.6 和 4.2 倍，这意味着您正在做。它。当我们计算放置在半球形 SIL 表面附近的荧光体的荧光发射图案时，我们发现荧光强烈偏向具有较高折射率的 SIL 一侧，这表明我们可以定量地重现实验结果。 。

项目成果

H. Sasaki: "10nm-scale edge-and step-quantum wires and related structures: Progress in their design, epitaxial synthesis and physics"Physica E. 4. 56-64 (1999)

H. Sasaki：“10nm 级边缘和阶梯量子线及相关结构：其设计、外延合成和物理进展”Physica E. 4. 56-64 (1999)

Y. Hanamaki: "Spontaneous emission alteration in InGaAs/GaAs vertical-cavity surface-emitting laser structures"Semicond. Sci. Technol.. 14. 797-803 (1999)

Y. Hanamaki：“InGaAs/GaAs 垂直腔表面发射激光器结构中的自发发射变化”

M. Baba: "Aberrations and allowances for errors in hemisphere solid immersion lens for submicron-resolution photoluminescence microscopy"J. Appl. Phys.. 85. 6923-6925 (1999)

M. Baba：“亚微米分辨率光致发光显微镜用半球固体浸没透镜的像差和误差容许量”J。

M. Yoshita: "Carrier transfer in facet-growth GaAs quantum wells studied by solid immersion photoluminescence microscopy"J. Phys. Conf. Ser. No.162/Compound Semiconductors. 162. 143-148 (1999)

M. Yoshita：“通过固体浸没光致发光显微镜研究面生长 GaAs 量子阱中的载流子转移”J。

K. Koyama: "High collection efficiency in fluorescence microscopy with a solid immersion lens"Apply. Phys. Lett.. 75. 1667-1669 (1999)

K. Koyama：“使用固体浸没透镜在荧光显微镜中实现高收集效率”申请。