半導体単一量子構造の発光分光

半导体单量子结构的发射光谱

• 批准号: 00J06278
• 负责人: 大泉 善嗣
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J06278/
• 关键词: 走査型トンネル顕微鏡; 走査型近接場光学顕微鏡; 量子井戸; 量子ドット; 発光; 分光; 半導体ナノ構造

p-GaAs/p-AlGaAs劈開(110)面の走査型トンネル顕微鏡(STM)発光分光実験を行った。GaAs井戸層からのSTM発光強度は、電子注入源である探針の位置がGaAs井戸層から離れるに従い、熱緩和距離及び拡散距離に相当する二つの減衰長によって指数関数的に減少することがわかった。さらに、熱緩和距離は試料印加電圧の増加に伴い大きくなるが、拡散距離は試料印加電圧に依らないことを見出した。これらの結果を説明するために、p-AlGaAsに注入された電子のモンテカルロシミュレーションを行った。その結果、極性光学フォノン-正孔プラズモン結合モード散乱が注入電子の熱緩和過程に大きな影響を与えることを見出した。さらに、試料印加電圧が大きい場合には、谷間散乱も大きく影響することを明らかにした。p-AlGaAs障壁層中に埋め込んだ自己形成p-InAs量子ドット構造のSTM発光分光実験を行った。STM発光スペクトルの空間分布像を計測すると、直径数10nmの明るい円形状構造が観察された。さらに、これらの明るい円形構造が観察される位置は光子エネルギーによって大きく変化することがわかった。そこで、明るい円形状構造の起源を明らかにするために、有限要素法を用いてピラミッド型InAsドットの遷移エネルギーを理論計算した。理論計算を行うにあたっては、p-AlGaAs層で被覆しないp-InAs量子ドットが剥き出しの構造を原子間力顕微鏡(AFM)観察することによって評価した、量子ドットのサイズ・形状分布が考慮された。その結果、観察された明るい円形状構造は個々のInAs量子ドットからの発光に相当することがわかった。

扫描隧道显微镜 (STM) 发射光谱实验在 p-GaAs/p-AlGaAs 解理 (110) 面上进行。研究发现，由于与热弛豫距离和扩散相对应的两个衰减长度，随着作为电子注入源的探针的位置远离GaAs阱层，来自GaAs阱层的STM发射强度呈指数下降。距离。此外，我们发现虽然热弛豫距离随着施加到样品的电压的增加而增加，但扩散距离并不取决于施加到样品的电压。为了解释这些结果，我们对注入 p-AlGaAs 的电子进行了蒙特卡罗模拟。结果，我们发现极性光学声子空穴等离子体耦合模式散射对注入电子的热弛豫过程具有显着影响。此外，我们发现当施加到样品的电压很大时，谷散射也有很大的影响。 STM 发射光谱实验是在嵌入 p-AlGaAs 势垒层的自形成 p-InAs 量子点结构上进行的。当测量STM发射光谱的空间分布图像时，观察到直径为数十纳米的明亮圆形结构。此外，他们发现观察到这些明亮圆形结构的位置根据光子能量的不同而变化很大。因此，为了阐明明亮圆形结构的起源，我们利用有限元方法从理论上计算了金字塔形InAs点的跃迁能量。理论计算考虑了量子点的尺寸和形状分布，并通过原子力显微镜 (AFM) 观察未覆盖 p-AlGaAs 层的暴露 p-InAs 量子点来评估。结果表明，观察到的明亮圆形结构对应于单个 InAs 量子点的发光。

项目成果

Y.Ohizumi: "Formation of misfit dislocations in GaAs/InGaAs multiquantum wells observed by photoluminescence microscopy"Journal of Applied Physics. 92. 2385-2390 (2002)

Y.Ohizumi：“通过光致发光显微镜观察到 GaAs/InGaAs 多量子阱中错配位错的形成”应用物理学杂志。

T.Tsuruoka: "Diffusion process of electrons injected from STM tip into AlGaAs/GaAs quantum wells"Applied Surface Science. 190. 275-278 (2002)

T.Tsuruoka：“电子从 STM 尖端注入 AlGaAs/GaAs 量子阱的扩散过程”应用表面科学。

T.Tsuruoka: "Electron transport in the barriers of AlGaAs/GaAs quantum well structures observed by scanning-tunneling-microscope light-emission spectroscopy"Applied Physics Letters. 80. 3748-3750 (2002)

T.Tsuruoka：“通过扫描隧道显微镜发光光谱观察到的 AlGaAs/GaAs 量子阱结构势垒中的电子传输”应用物理快报。