機能性元素をドープした半導体ナノ微粒子の作製と単一微粒子分光による量子光物性

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340093
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 金光 義彦 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (30185954)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 英幸 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (30343271)
• Keywords: 半導体ナノ微粒子 / コロイド法 / 逆ミセル法 / 顕微分光 / フォトニック結晶 / 光学特性

Research Abstract

本研究では、半導体ナノ微粒子へ機能性元素をドープしたドープ型ナノ微粒子の作製とそれらの物性を評価できる顕微分光システムの開発を行い、ナノ微粒子の光学特性の研究を行った。ドープ型ナノ微粒子の作製においては、化学的な手法を用いて遷移金属イオンや希土類イオンを母体の半導体ナノ微粒子へドープすることを試みた。溶液法及び逆ミセル法を用い、遷移金属イオンを添加したII-VI族半導体ナノ微粒子の作製を主に行った。溶液法を用いた作製では、遷移金属イオンのドープ量など様々な条件を変化させ作製を試みたが、良質な試料を得ることは難しいことがわかった。そこで、逆ミセル法により遷移金属イオンをナノ微粒子へドープできる方法を開発した。この方法で作製された試料では、吸収スペクトルに量子化された電子準位が明確に観測され、さらに発光特性より母体ナノ微粒子から遷移金属へのエネルギーの移動も確認された。これらの成果により、良質なドープ型II-VI族半導体ナノ微粒子試料の作製方法を確立することができた。イオン打ち込み法においてもナノ微粒子内部に不純物をドープできることを発光特性の研究から明らかにできた。高い空間分解能を有する顕微レーザー分光システムの開発に関しては、ファイバー型及びカンチレバーによる散乱を利用した散乱型分光顕微鏡の開発を進めた。新しい検出系の開発により、試料そのものによる発光等を増強することにより、精密な観測が可能となる。単純なナノ微粒子系である金属ナノ微粒子の全反射一次元フォトニック結晶構造を用いて発光増強等に関する可能性の検証を行った。この顕微分光システムを用いて、作製したドープ型半導体ナノ微粒子の発光スペクトルが測定できることを確認した。

Research Products

• [Publications] K.Taniguchi: "Exciton luminescence of spherical GaAs nanocrystals studied by persistent hole-burning spectroscopy"Physica E. (印刷中). (2003)
• [Publications] H.Inouye: "Direct observation of nonlinear effects in a one-dimensional photonic crystal"Applied Physics Letter. 82. 1155-1157 (2003)