高品質T型量子細線の顕微発光スペクトルと一次元励起子状態の研究

高质量T型量子线的微观发射光谱和一维激子态研究

基本信息

批准号：
04J11459
负责人：
伊藤弘毅
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

一次元系である半導体量子細線は試料作製及び測定上の困難により次元性の検証が未だ不十分である。本研究のねらいは高品質量子細線を用いた次元性の検証にある。(1)GaAs系T型量子細線T型量子細線とは分子線エピタキシによる劈開再成長法で量子井戸を垂直に交差させたものである。これらの厚みが5nm5nmと薄く、まAlAs障壁を持つ構造が事実上最も閉じ込めが強く、次元性の検証には最適である。励起子結合エネルギーは、理想二次元系では有限だが理想一次元系では無限大に発散する。この意味でこれの大きさは量子細線の一次元性を特徴づける。高品質試料と測定系の開発により、上記の系でS/N比良い発光励起スペクトル実験結果を得たが、解析の結果励起子結合エネルギーは二次元系のものと同程度(15meV程度)にすぎないことがわかった。数値計算結果から、これは波動関数が量子井戸内にしみだすためと考えた。一方で、振動子強度の観点においては励起子の一次元性を確認できた。(2)InGaAsPエッチング量子細線有機金属化学気相成長、電子線リソグラフィ、ドライエッチング工程による量子細線は制御性が大きく閉じ込めが強い。T型量子細線の結果との比較議論のため、測定に取り組んだ。高品質試料、実験系・手法の開発を経て、幅が39nmから6nmに至るまでの単一量子細線(厚みは6nm)の顕微発光スペクトル測定に世界で初めて成功した。解析から細線幅揺らぎの量が3nmと解ったが、これによるスペクトル不均一拡がりは15meV程度で、励起子結合エネルギーと同程度である。つまり次元性の検証にはざらに高品質な試料が必要と解り、これに向け作製グループと密接に議論した。また発光強度測定により、発光量子効率におけるドライエッチングの影響を評価し、今後の試料作製における重要で明確な課題を得た。

由于样品制备和测量困难，半导体量子线的尺寸仍然不足。这项研究的目的是使用高质量的量子线验证尺寸。（1）基于GAAS的T型量子线T型量子线是使用分子束外尾的裂解重生方法垂直相交的量子孔。这些厚度与5nm，5nm一样薄，并且具有Alas屏障的结构实际上是最局限的，因此非常适合验证尺寸。激子结合能在理想的二维系统中是有限的，但在理想的一维系统中无限分歧。从这个意义上讲，这种大小是量子线的一维的特征。通过开发高质量的样品和测量系统，我们在上述系统中获得了发射激发光谱实验的实验结果，但是分析表明，激子结合能与二维系统中的相同水平（约15 meV）。基于数值计算结果，我们认为这是因为波函数将波动浸入量子中。另一方面，就振荡器强度而言，证实了激子的一维性。（2）Ingaasp蚀刻量子线金属有机化学蒸气沉积，电子束光刻和干蚀刻过程具有较大的可控性和强限制。进行测量以比较和讨论T型量子线的结果。在开发了高质量的样品，实验系统和方法之后，这是世界上第一个成功测量单量子线（厚度为6nm）的微发光光谱，宽度范围从39nm到6nm不等。分析表明，细线波动的数量为3 nm，但由于这引起的光谱不均匀扩散约为15 meV，这与激子结合能大约相同。换句话说，我们意识到通常需要高质量的样本来验证尺寸，并且我们在与制剂组的仔细讨论中讨论了这一点。此外，通过测量排放强度，评估了干蚀刻对排放量子效率的影响，并在未来的样品制备中获得了重要而清晰的问题。