平均非整数個の電子が入った半導体自己形成量子ドットの光物性の研究

• Project/Area Number: 04J83604
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鳥井 康介 東京大学, 生産技術研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 量子ドット / キャリア再分布 / 光物性 / InAs

Research Abstract

分子線エピタキシー装置を用い試料の作成を行った。作成した試料構造は、GaAs中に埋め込まれたInAs自己形成量子ドット構造であり、InAs量子ドット中に電子を注入するために、InAs量子ドット層の上下50nm隔たったところに5mmのSiドープ層を設けた。
実際に電子がInAs量子ドット中に注入されているかどうかを確認するため、簡単なモデルに対するコンピュータシミュレーションを行い、有限の温度でのInAs中の電子数を見積もった。その結果低温では1つのドット中にほぼ2個ずつ、300Kではほぼ1個ずつの電子が量子ドットに捕獲されていることを確認した。
作成した、荷電した量子ドットを含む荷電試料と、比較用に作成したSiドープ層を設けていない中性試料に対して、時間積算および時間分解蛍光測定を行った。得られた時間積算蛍光スペクトルは、全ての試料に対して励起強度を上げると、ブルーシフトを示した。このシフト量の温度依存性を測定したところ、中性試料と荷電試料で明らかな傾向の違いを見出した。時間分解蛍光スペクトルから得られた蛍光減衰時間の温度依存性も、中性試料と荷電試料とで異なる傾向を示すことを見出した。
得られた実験結果を説明するために、レート方程式を用いたコンピュータシミュレーションを行った。解析の結果、中性試料では、濡れ層を介したキャリアの再分布と量子ドット間のトンネルによるキャリアの再分布が共に重要な役割を果たしているのに対し、荷電試料では量子ドット間のトンネルによるキャリアの再分布が抑制されていることがわかった。