電子と正孔を空間分離した量子ドットによる量子もつれ合い光子対発生の研究

利用电子和空穴空间分离的量子点生成量子纠缠光子对的研究

• 批准号: 06J04122
• 负责人: 定 昌史
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J04122/
• 关键词: 国際研究者交流; オランダ; Type-II; 量子ドット; 単一光子源; 励起子; 等電子中心; 量子リング; II-VI族化合物半導体; 単一光子光源; 励起子-格子相互作用; 不純物

今年度は半導体単一光子源の作製・測定において世界トップレベルの技術を有するデルフト工科大学と研究交流を行い,試料加工技術および蛍光測定技術の向上を図った。試料加工について単純な低温エッチングでは表面状態の改善はみられなかったものの,(NH_4)_2S_nを用いた処理によりIII-V族の表面特性が大きく改善されることを見いだした。つぎに,量子ドットよりも波長再現性に優れる等電子中心を発光センタとして用いることに注目した。ZnSe中のTeは従来よく知られる等電子中心であるがその物性は混晶としての理解に留まっていた。我々は極微量Te単一層構造を採用することにより,励起子-格子相互作用が本質的な働きを示すことを明らかにした。III-V族でのType-IIシステムとしてGaAsSb/GaAs量子構造を作製し光学特性を評価した。その際,Schrodinger方程式とPoisson方程式に加えキャリアのレート方程式を組み合わせた解析手法を確立した。その結果,蛍光エネルギーの励起強度依存性を定量的に評価することが可能となり,従来の定性的解釈が不十分な理解に留まっていたことを明らかにした。また,局在励起子状態に着目することにより,GaAsSb量子井戸において単一準位からの発光を観測することに成功した。励起子分裂をもたらす交換相互作用そのものについて再度理論検討を行った。その結果,量子構造の幾何形状をドットからリングヘと変化させることで分裂幅が最大1桁程度小さくなる可能性を指摘した。これに対応して,単一InAs/GaAs量子リング構造の分光測定を行い,実験系の分解能以下の非常に小さい分裂幅〜2μeVを観測した。この値は励起子寿命から決まる自然幅と同程度の大きさであり,もつれ合い光子対発生の可能性が十分に期待できる。

今年，我们与在半导体单光子源生产和测量方面拥有世界一流技术的代尔夫特理工大学进行了研究交流，旨在提高样品处理技术和荧光测量技术。关于样品处理，虽然简单的低温蚀刻没有观察到表面状况的改善，但发现使用(NH_4)_2S_n处理显着改善了III-V族的表面性质。接下来，我们重点研究使用等电子中心作为发光中心，其比量子点具有更好的波长再现性。 ZnSe中的Te是众所周知的等电子中心，但其物理性质仅被理解为混晶。通过采用具有极少量Te的单层结构，我们发现激子-晶格相互作用起着至关重要的作用。我们制造了 GaAsSb/GaAs 量子结构作为 III-V 族中的 II 型系统，并评估了其光学特性。此时，我们建立了结合薛定谔方程、泊松方程和载流子速率方程的分析方法。结果，可以定量评估荧光能量的激发强度依赖性，并且很明显传统的定性解释仍然不够充分。此外，通过关注局域激子态，我们成功地观察到了GaAsSb量子阱中单能级的发光。我们重新审视了导致激子分裂的交换相互作用本身的理论。结果指出，通过将量子结构的几何形状从点变为环，可以将分裂宽度减小多达一个数量级。相应地，我们对单个 InAs/GaAs 量子环结构进行了光谱测量，并观察到非常小的分裂宽度，约为 2 μeV，这低于实验系统的分辨率。该值与由激子寿命确定的自然宽度大致相同，我们完全可以预期产生纠缠光子对的可能性。

项目成果

ZnSe中の極微量Te等電子中心を用いた半導体単一光子光源に向けての検討

ZnSe超痕量Te电子中心半导体单光子光源研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: 信学術報 106巻215号
• 作者: 定昌司;遠藤礼暁;熊野英和;末宗幾夫
• 通讯作者: 末宗幾夫

Exciton-phonon interactions observed in blue emission band in Te-delta-doped ZnSe

Te-δ 掺杂 ZnSe 蓝色发射带中观察到的激子-声子相互作用

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Applied Physics 104
• 作者: 定昌史;林雄二郎;熊野英和;末宗幾夫
• 通讯作者: 末宗幾夫

Observation of Exciton-phono Interaction at Te Isoelectronic Centers in ZnSe

ZnSe 中 Te 等电子中心激子-声子相互作用的观察

• 发表时间: 2007
• 作者: 定昌史;林雄二郎、熊野英和;末宗幾夫
• 通讯作者: 末宗幾夫