2013 Fiscal Year Research-status Report
近接場を介した励起移動を基にするナノサイズ光電子デバイスの微視的基礎研究
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25870284
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
内山 和治 山梨大学, 医学工学総合研究部, 助教 (70538165)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 近接場光 / 希薄磁性半導体 / 量子井戸構造 / ナノ光電子デバイス |
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| Research Abstract |
近接場を介した励起移動を走査型近接場光顕微鏡により観察し，ナノサイズ光電子機能デバイスへの応用に向けて，微視的に素過程を解明する研究を進めた．平成２５年度は試料準備と，試料の改善に向けた計測評価を主に行った．
試料準備：1. 励起注入サイトとしての役割を果たす金ナノ粒子のZnSe基板へのスピンコート塗布の条件出しを行い，間隔を光の波長程度に制御可能とした．金ナノ粒子を塗布したZnSe基板上へのSiO_2膜成膜のために，走査型近接場光顕微鏡装置に連結する電子ビーム蒸着装置の導入を行った．2. 磁場印加時に磁性ナノ粒子または超伝導薄膜により，井戸層に局所的な励起子安定サイトを形成する目的で，ナノ粒子塗布および超伝導薄膜成膜の条件出しを行った．
試料改善に向けた計測評価：1. 研究計画当初，試料表面（ZnSe面）には，STMによるプローブ位置制御のために金薄膜を成膜する予定であったが，金薄膜を成膜しないでSTM制御を行うための計測手法改善を行った．これにより，微弱な近接場光を金薄膜による散乱無しに高空間分解能・高効率に捉えることを可能にした．2. 励起移動の舞台となる希薄磁性半導体二次元量子井戸構造について，0-8Tの条件下で磁気PL測定を行い，磁場強度，励起強度，励起波長に依存した発光を計測した．3. 励起注入の目的で，金ナノ粒子より高効率な金ナノロッドの使用を検討し，金ナノロッド試料の近接場光をプラズモン共鳴波長の光励起下で走査型近接場光顕微鏡により計測した．近接場光を介した励起移動の特徴の一つとなる，数十nmから光の波長レベルまでの階層的な近接場光構造を三次元的に可視化することに成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度（平成２５年度）の目標は，近接場光を介した励起移動の計測へ向けた試料準備であった．励起の入り口である金ナノ粒子塗布の条件出しは終了し，また，より高効率に励起を注入可能である金ナノロッドについて応用に向けた詳細な近接場光三次元空間分布計測を行うことが出来た．金ナノ粒子による励起では計測が困難になった場合の有力な代替候補となる．
また，研究計画時には，最表面にSTMによるプローブ位置制御のための金膜を成膜する必要があると判断し，量子井戸試料表面（ZnSe面）に金ナノロッドおよび磁性ナノ粒子を塗布した後に，SiO_2膜を成膜後，金膜を形成する予定であったが，計測方法の改善により，ZnSe上におけるSTM計測の手法を確立することが出来たため，試料準備を大幅に簡素化することが可能なったばかりでなく，金膜による近接場光の散乱が無くなるため高効率な近接場光計測が可能になった．本研究課題において，この計測手法は大きな利点がある．但し，同手法は低温下においてプローブの損傷をもたらす傾向があり，試料へのSiO_2 / Au膜成膜を行う方法と平行して研究を行っていくことで，より確実な研究推進が可能になると考えている．
平成２５年度に，走査型近接場光顕微鏡装置に電子ビーム蒸着装置を連結する予定であったが，同顕微鏡装置自体のトラブルと改造のために真空を破いた状態となっているため連結には至らなかった．この点は，前節で述べた新計測手法を模索する動機になり，結果的には研究にむしろプラスに働いたと考えている．装置の連結は，平成２６年度にずらして実現する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は，試料準備の次の段階として，作製した試料をゼロ磁場中で近接場光計測することが目標となる．低温高磁場での試料の安定性や，発光強度について，これまでに引き続き磁気PL装置による試料評価を進めて，試料の早期完成を目指す．試料が完成し次第，近接場光計測を実施する．
試料作製においては，「現在までの達成度」の欄で記述した通り，本研究課題にて新たに導入した小型電子ビーム蒸着装置を走査型近接場光顕微鏡本体に連結させ動作確認をすることが今後の課題の一つである．走査型近接場光顕微鏡本体のトラブルと改造が遅延の主な原因であるが，現在はどちらも解決されており，今後は確実に連結へ向けた作業を行っていく．
成膜装置の連結に先立ち行った走査型近接場光顕微鏡の改造により，ファイバプローブ（透明導電膜のついた光ファイバー探針）を介して薄膜試料の局所的な電子的・光学的特性を表裏二方向から計測することが可能になった．この装置改造により，希薄磁性半導体量子井戸構造の計測範囲を薄膜化し，裏面に金ナノ粒子や磁性ナノ粒子を塗布し，裏面のSTM計測により各粒子の位置を確認した上で，表面から近接場光計測をすることが可能になる．これにより，試料表面の平坦性が確保されるため，より試料表面に近い領域における近接場光計測につながる．本研究課題の推進に向けて，装置のこの利点を活かしていく予定である．
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