半導体2重量子井戸構造の高密度励起によるリング状発光の制御とイメージ測定

• Project/Area Number: 17760016
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 今中 康貴 独立行政法人物質・材料研究機構, 量子ドットセンター, 主任研究員 (70354371)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2005: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 2重量子井戸 / イメージング / 発光 / ボーズ凝縮

Research Abstract

本年度は・昨年度導入した光学測定用無冷媒型クライオスタットの改造を行い、極低温での発光と輸送の精密測定を行った。まず光リソグラフィーで作成したゲート付き試料をセラミックパッケージに配線し、パッケージごと冷却が可能な試料台の作成を行った。この場合、クライオスタットから着脱が可能であることと共に、強励起下においても冷却効率が十分にとれるようなデザインを採用し、振動の少ないパルスチューブ型の冷凍機を使用することで、低温でイメージング測定が行えるような設計にした。結果、無冷媒型で2.5Kの最低温を達成し、極低温下での発光及び輸送測定に十分なシステムを完成させた。
次に試料の2重量子井戸構造の異なった試料におけるリーク電流の変化と、励起光の波長依存に関する実験を行った。本試料では、ゲート電圧の印加による発光の直接_間接遷移制御を行えるが、実際には量子構造により臨界電圧やリーク電流が大きく変わるため、リング状発光がより弱い励起で観測される条件を調べることはより低温での測定で重要になる。結果、バリア層が4nmの試料のみでリング状発光が観測され、構造が異なる試料では直性_間接遷移が観測されなかった。また励起波長依存性では、リング状発光は633nmの励起波長では強励起を行っても観測されなかったが、AlGaAsバリア層のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光で励起した場合には観測された。
よってリング状発光が観測されるためには少なくとも、空間間接遷移型発光が起こるようなゲート電圧領域にあることと、顕著なリーク電流の増大と密接に関連があることが理解された。
本年度は結果的に実空間発光測定を行うための装置改造に非常に時間がかかってしまったが、リングの生成が起こるために必要な条件を絞ることに成功した。