局所ドーピング構造半導体による単一光子発生に関する研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360004
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 矢口 裕之 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50239737)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土方 泰斗 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70322021) ; 尾鍋 研太郎 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (50204227) ; 片山 竜二 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40343115) ; 八木 修平 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30421415) ; 窪谷 茂幸 東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教 (70583615)
• Keywords: 半導体物性 / 光物性 / 結晶工学 / 応用光学・量子光工学 / MBE,エピタキシャル / 単一光子

Research Abstract

本研究では、原子層ドーピング技術などを用いて局所ドーピング構造半導体を作製し、量子暗号通信などにおいて重要な役割を果たす、優れた波長再現性・完全なランダム偏光・高い光子発生効率などの特徴を有する単一光子発生の実現を目指している。本年度は、昨年度に引き続き、原子層ドーピング技術を用いて、窒素原子を局所ドーピングしたGaAsを作製し、窒素原子対によって形成される等電子トラップからの単一光子発生を研究の対象とした。具体的な研究実績は以下のとおりである。
1 基板面方位選択による偏光特性の制御
結晶成長に用いるGaAs基板の面方位として、(001)面と(111)面に加えて(110)面を採用し、発光の偏光特性制御について検討を行った。(110)面上に作製した場合には、窒素原子対の配列の違いによって様々な偏光特性や発光線の分裂を示すことがわかった。また、同じ配列の窒素原子対からの発光線であっても、個々の窒素原子対によって偏光特性が異なることがわかった。これらのことは(001)面や(111)面上に作製した場合とは異なり、窒素原子対の配列方向が偏光特性を生じさせる原因となっていることを示すと考えられる。また、(110)面上に作製した場合には、高品質の窒素原子ドーピングGaAs層が得られたことから、単一光子を得るために妨げとなるバックグラウンド発光を大幅に減らすことができた。
2 ヘテロ構造導入による発光特性制御
窒素原子ドーピングGaAs層をAlGaAs層で挟んだダブルヘテロ構造を作製することによって、発光効率の制御について検討を行った。単一の等電子トラップからの発光の励起強度依存性を調べることによって窒素原子ドーピングGaAs層をAlGaAs層で挟まない場合と比べて、AlGaAs層で挟んだ場合には、一桁程度少ない励起強度で単一光子が得られることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Single photon emission from nitrogen delta-doped semiconductors (2011)
  • Author(s): H.Yaguchi
  • Journal Title: Proc.of SPIE Volume: 7945 Pages: 79452F-1-"79452F-6"
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoluminescence from single isoelectronic traps in nitrogen delta-doped GaAs grown on GaAs(111)A (2010)
  • Author(s): T.Fukushima, Y.Hijikata, H.Yaguchi, S.Yoshida, M.Okano, M.Yoshita, H.Akiyama, S.Kuboya, R.Katayama, K.Onabe
  • Journal Title: Physica E Volume: 42 Pages: 2529-2531
  • Peer Reviewed
• [Presentation] GaAs(110)基板上に作製した窒素δドープGaAsにおける等電子トラップからの発光特性評価 (2011)
  • Author(s): 高宮健吾, 福島俊之, 星野真也, 八木修平, 土方泰斗, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 片山竜二, 尾鍋研太郎, 矢口裕之
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Presentation] Single photon emission from nitrogen delta-doped semiconductors (2011)
  • Author(s): H.Yaguchi
  • Organizer: SPIE Photonics West OPTO
  • Place of Presentation: Mosone Center (San Francisco, USA)
  • Year and Date: 2011-01-27
• [Presentation] 極低窒素濃度GaAsNにおける窒素ペアからの発光の窒素濃度依存性 (2010)
  • Author(s): 石川輝, 八木修平, 土方泰斗, 吉田貞史, 岡野真人, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 尾鍋研太郎, 片山竜二, 矢口裕之
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 窒素δドープGaAs中の等電子トラップを形成する窒素原子対配列に関する研究 (2010)
  • Author(s): 星野真也, 遠藤雄太, 福島俊之, 高宮健吾, 八木修平, 土方泰斗, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 尾鍋研太郎, 片山竜二, 矢口裕之
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 窒素δドープGaAs/AlGaAsヘテロ構造における等電子トラップからの発光特性評価 (2010)
  • Author(s): 高宮健吾, 遠藤雄太, 福島俊之, 星野真也, 八木修平, 土方泰斗, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 尾鍋研太郎, 片山竜二, サノーピンサクンタム, 矢口裕之
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 極低窒素濃度GaAsN中の等電子トラップからの発光に対する一軸応力の影響 (2010)
  • Author(s): 新井佑也, 遠藤雄太, 八木修平, 土方泰斗, 窪谷茂幸, 尾鍋研太郎, 片山竜二, 矢口裕之
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 極低窒素濃度GaAsNのフォトリフレクタンススペクトル (2010)
  • Author(s): 大久保航, 石川輝, 八木修平, 土方泰斗, 吉田貞史, 片山竜二, 尾鍋研太郎, 矢口裕之
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Remarks]
  • URL: http://www.opt.ees.saitama-u.ac.jp/yagu.html