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量子ドットの光イオン化を用いた超高感度中赤外光検出器の開発

研究課題

研究課題/領域番号 13555104
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 電子デバイス・機器工学
研究機関東京大学

研究代表者

平川 一彦  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)

研究分担者 大塚 由紀子  東京大学, 生産技術研究所, 助手 (00251463)
荒川 泰彦  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
榊 裕之  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)
島田 洋蔵  東京大学, 生産技術研究所, 助手 (10292749)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
12,600千円 (直接経費: 12,600千円)
2003年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
2002年度: 4,600千円 (直接経費: 4,600千円)
2001年度: 5,400千円 (直接経費: 5,400千円)
キーワード量子ドット / 光検出 / 量子ナノ構造 / ヘテロ構造 / 赤外光 / サブバンド間遷移 / 単一電子トランジスタ / ナノ構造 / 赤外線 / トンネル効果 / サブハンド間遷移
研究概要

波長数μm^〜数十μmの中赤外帯の光検出は、リモートセンシングや排ガス計測などの環境計測、宇宙物理、暗視装置、バイオ関連等の応用分野で極めて重要な技術となりつつある。近年、その作製技術や物性の理解が急速に進展しつつある自己組織InAs量子ドットは、作製の容易さ、電子閉じ込めエネルギー、光との散乱断面積の大きさ等の観点から、中赤外光検出の活性層として極めて魅力的である。
本研究では、高移動度変調ドープ量子井戸構造と自己組織化InAs量子ドットを組み合わせた新しい素子構造(変調ドープ量子ドット赤外光検出器)を提案し、量子ドットの光イオン化を用いた中赤外光の高感度検出を実現するとともに、その物性の理解と高性能化への指針を得ることを目標に研究を行った。現在までに、n型変調ドープ量子ドット赤外光検出器構造を用いて、従来の量子井戸赤外光検出器の感度の約10倍の感度(5A/W)を達成するとともに、p型変調ドープ量子ドット赤外光検出器構造においては、さらに高い感度を得ることができるであろうという感触を得た。また、光励起キャリアの緩和過程において、p準位や濡れ層の連続準位が重要なはたらきをしていることを明らかにした。
さらに、本研究では、量子ドットをクーロン島とする単一電子トランジスタ構造を作製し、それを光吸収量子ドットと積層化することにより、赤外単一光子検出を実現することをめざして研究を行った。その成果として、量子ドット単一電子トランジスタを実現し、量子ドットのシェル構造、帯電エネルギーなど、新しい知見を得た。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (87件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (87件)

  • [文献書誌] M.Jung, K.Hirakawa: "Lateral electron transport through single InAs quantum dots"Physica E. 21. 423-425 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, N.Sekine, K.Hirakawa: "THz emission due to inter-miniband resonant Zener tunneling in wide-miniband GaAs/A10.3Ga0.7As superlattices"Applied Physics Letters. (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sekine, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Bloch Gain in AlGaAs/GaAs Semiconductor Superlattices"Physica E. 21. 858-862 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, N.Sekine, K.Hirakawa: "Inter-miniband Resonant Zener Tunneling in Wide-Miniband GaAs/A10.3Ga0.7As Superlattices Investigated by THz Emission Spectroscopy"Physica E. 21. 661-665 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 関根徳彦, 島田洋蔵, 平川一彦: "半導体超格子のブロッホゲイン"固体物理. vol.39,No.2. 25-36 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa, M.Odnoblioudov, K.A.Chao: "Terahertz conductivity and possible Bloch gain in semiconductor superlattices"Physical Review Letters. vol.90,No.4. 46806-46809 (2003)

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  • [文献書誌] K.Jin, M.Odnoblyudov, Y.Shimada, K.Hirakawa, K.A.Chao: "Terahertz frequency radiation from Bloch oscillations in GaAs/A10.3Ga0.7As superlattices"Physical Review B. vol.68,No.15. 153315-153318 (2003)

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  • [文献書誌] K.Hirakawa, Y.Shimada, M.Odnoblioudov, K.A.Chao: "Dyanamical carrier transport and terahertz gain in semiconductor superlattices"Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng.. vol.4992. 138 (2003)

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  • [文献書誌] N.Sekine, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Dephasing mechanisms of Bloch oscillations in GaAs/A10.3Ga0.7As superlattices investigated by time-resolved terahertz spectroscopy"Applied Physics Letters. vol.83,No.23. 4794-4796 (2003)

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  • [文献書誌] K.Hirakawa, S.-W.Lee, Ph.Lelong, S.Fujimoto, K.Hirotani, H.Sakaki: "High-sensitivity modulation-doped quantum dot infrared photodetectors (invited)"Microelectronic Engineering. vol.63. 185-192 (2002)

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  • [文献書誌] S.-W.Lee, K.Hirakawa: "Lifetime of photoexcited carriers in modulation-doped quantum dot inprared photodetectors"Physica E. vol.13. 305-308 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] O.Astafiev, S.Komiyama, T.Kutsuwa, V.Antonov, Y.Kawaguchi, K.Hirakawa: "Single photon detector in the microwave range"Applied Physics Letters. vol.80 No.22. 4250-4252 (2002)

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  • [文献書誌] Y.Kawaguchi, K.Hirakawa, S.Komiyama: "High-sensitivity quantum Hall far-infrared photodetector integrated with to-periodic antenna"Applied Physics Letters. vol.80 No.18. 3418-3420 (2002)

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  • [文献書誌] Y.Kawaguchi, K.Hirakawa, M.Saeki, K.Yamanaka, S.Komiyama: "Performance of high-sensitivity quantum Hall far infrared photodetectors"Applied Physics Letters. vol.80 No.1. 136-138 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Madhavi, M.Abe, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Non-equilibrium electron transport in wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices at room temperature"Physical Review B. vol.65. 193308-193311 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Abe, S.Madhavi, Y.Shimada, Y.Otsuka, K.Hirakawa, K.Tomizawa: "Transient carrier velocities in bulk GaAs : quantitative comparison between terahertz data and emsemble Monte Carlo calculations"Applied Physics Letters. vol.81 No.4. 679-681 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, Y.Shimada: "Crossover of miniband, Wannier-Stark quantization, and Zener tunneling regimes in wide miniband superlattices investigated by time-domain terahertz spectroscopy"Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors. (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa, S.-W.Lee: "Time-resolved terahertz emission spectroscopy of wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices"Applied Physics Letters. vol.81 No.9. 1642-1644 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa: "Time-resolved THz spectroscopy of miniband transport in biased GaAs/AlGaAs superlattices"Inst.Phys.Conf.Ser.. No.170:Chapter 6. 395-400 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hoshino, T.Someya, K.Hirakawa, Y.Arakawa: "Observation of intersubband transition from the first to the third subband (e1-e3) in GaN/AlGaN quantum wells"Physica Status Solidi A-Applied Research. vol.192 No.1. 27-32 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hoshino, T.Someya, K.Hirakawa, Y.Arakawa: "Low-pressure MOCVD growth of GaN/AlGaN multiple quantum wells for intersubband transitions"Jouranl of Crystal Growth. vol.237. 1163-1166 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ph.Lelong, K.Hirakawa, K.Hirotani, S.-W.Lee, H.Sakaki: "Fano profiles in bound-to-continuum intersubband transitions in negatively charged InAs quantum dots"Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, ed.by N.Miura and T.Ando, Springer. 1163-1164 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, K.Yamanaka, Y.Kawaguchi, M.Endo, M.Saeki, S.Komiyama: "Far-infrared photoresponse of the magnetoresistance of the two-dimensional electron systems in the integer quantized Hall regime"Physical Review B. vol.63 No.8. 85320-85324 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kawano, S.Komiyama, K.Hirakawa: "Suppression of electron-hole pair recombination in edge states in quantum Hall regimes"Physica.B. vol.298 Nos.1-4. 33-37 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, T.Matsuno, K.Hirakawa: "THz Emission due to Miniband Transport in GaAs/AlGaAs Superlattices"Japanese Journal of Applied Physics. vol.40 No.4B. 3009-3001 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sekine, K.Hirakawa, M.Vosseburger, P.Haring Bolivar, H.Kurz: "Crossover from coherent to incoherent excitation of two-dimensional plasmons in GaAs/AlxGa1-xAs single quantum wells by femtosecond laser pulses"Physical Review B (Rapid Communications). vol.64 No.20. 201323-201326(R) (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hoshino, T.Someya, K.Hirakawa, Y.Arakawa: "Observation of Intersubband Transition in AlGaN/GaN Single Heterostructures"Proc.25th Int.Conf.Phys.Semicond.(Eds.N.Miura and T.Ando). 1527-1528 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, A.Oiwa, H.Munekata: "Infrared optical conductivity of In1-xMnxAs"Physica E. vol.10. 215-218 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 平川一彦(分担執筆): "半導体量子ナノ構造の赤外光デバイスへの応用"オーム社. 27 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 平川一彦(分担執筆): "応用物理学ハンドブック"丸善. 10 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 平川一彦: "人工原子が拓く量子情報科学(翻訳)"パリティ. 10 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 平川一彦: "自己組織化リングの衝撃"パリティ. 2 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Jung, K.Hirakawa: "Lateral electron transport through single InAs quantum dots"Physica E. Vol.21. 423-425 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, N.Sekine, K.Hirakawa: "THz emission due to inter-miniband resonant Zener tunneling in wide-miniband GaAs/AlO.3GaO.7As superlattices"Applied Physics Letters. (in press).

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sekine, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Bloch Gain in AIGaAs/GaAs Semiconductor Superlattices"Physica E. vol. 21. 858-862 (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, N.Sekine, kHirakawa: "Inter-miniband Resonant Zener Tunneling in Wide -Miniband GaAs/AlO. 3 GaO. 7As Superlattices Investigated by THz Emission Spectroscopy"Physica E. vo1.21. 661-665 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sekine, Y.shimada, K.Hirakawa: "Bloch Gain in Semiconductor Superlattices"Solid State Physics. vol.39, No.2. 25-36 (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa, M.Odnoblioudov, K.A.chao: "Terahertz conductivity and possible Bloch gain in semiconductor superlattices"Physical Review Letters. vo.90, No.4. 46806-46809 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Jin, M.Odnoblyudov, Y.Shimada, K.Hirakawa, K.A.Chao: "Terahertz frequency radiation from Bloch oscillations in GaAs/AlO.3GaO.7As superlattices"Physical Review B. vol.68, No.15. 153315-153318 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, Y.Shimada, M.Odnoblioudov, K.A.Chao: "Dyanamical carrier transport and terahertz gain in semiconductor superlattices"Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng.. vol.4992. 138 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sekine, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Dephasing mechanisms of Bloch oscillations in GaAs/A1O.3 GaO.7As superlattices investigated by time-resolved terahertz spectroscopy"Applied Physics Letters. vol.83, No.23. 153315-153318 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, S.-W.Lee, Ph.Lelong, S.Fujimoto, K.Hirotani, H.Sakaki: "High-sensitivity modulation-doped quantum dot infrared photodetectors (invited)"Microelectronic Engineering. vol.63. 185-192 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.-W.Lee, K.Hirakawa: "Lifetime of photoexcited carriers in modulation-doped quantum dot inprared photodetectors"Physica E. voL.13. 305-308 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 0.Astafiev, S.Komiyama, T.Kutsuwa, V.Antonov, Y.Kawaguchi, K.Hirakawa: "Single photon detector in the microwave range"Applied Physics Letters. vol.80, No.22. 4250-4252 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kawaguchi, K.Hirakawa, S.Komiyama: "High-sensitivity quantum Hall far-infrared photodetector integrated with log-periodic antenna"Applied Physics Letters. vol.80, No.18. 3418-3420 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kawaguchi, K.Hirakawa, M.Saeki, K.Yam anaka, S.Komiyama: "Performance of high-sensitivity quantum Hall far infrared photodetectors"Applied Physics Letters. vol.80, No.1. 136-138 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Madhavi, M.Abe, Y.Shirnada, K.Hirakawa: "Non-equilibrium electron transport in wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices at room temperature"Physical Review B. vo1.65. 193308-193311 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Abe, S.Madhavi, Y.Shimada, Y.Otsuka, K.Hirakawa, K.Tomizawa: "Transient carrier velocities in bulk GaAs quantitative comparison between terahertz data and emsemble Monte Carlo calculations"Applied Physics Letters. vo1.81, No.4. 679-681 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, Y.Shimada: "Crossover of miniband, Wannier-Stark quantization, and Zener tunneling regimes in wide miniband superlattices investigated by time-domain terahertz spectroscopy"Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors. (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa, S.W.Lee: "Time-resolved terahertz emission spectroscopy of wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices"Applied Physics Letters. vol.81, No.9. 1642-1644 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa: "Time-resolve THz spectroscopy of miniband transport in biased GaAs/AlGaAs superlattices"Inst. Phys. Conf. Ser.. No.170: Chapter 6. 395-400 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hoshino, T.Someya, K.Hirakawa, Y.Arakawa: "Observation of intersubband transition from the first to the third subband (el-e3) in GaN/AlGaN quantum wells"Physica Status Solidi A-Applied Research. vol.192,No.1. 27-32 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hoshino, T.Someya, K.Hirakawa, Y.Arakawa: "Low-pressure MOCVD growth of GaN/AlGaN multiple quantum wells for intersubband transitions"Jouranl of Crystal Growth. vol.237. 1163-1166 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ph.Lelong, K.Hirakawa, K.Hirotani, S.-W.Lee, H.Sakaki: "Fano profiles in bound-to-continuum intersubband transitions in negatively charged InAs quantum dots"Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors,(ed. by N.Miura, T.Ando). Springer. 1163-1164 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirakawa, K.Yamanaka, Y.Kawaguchi, M.Endo, M.Saeki, S.Komiyama: "Far-infrared photoresponse of the magnetoresistance of the two-dimensional electron systems in the integer quantized Hall regime"Physical Review B. vol.63, No.8. 85320-85324 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kawano, S.Komiyama, K.Hirakawa: "Suppression of electron-hole pair recombination in edge states in quantum Hall regimes"Physica B. vol.298. 33-37 (2001)

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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