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本研究の目的は、酸化亜鉛(ZnO)量子ドットにおける励起子超放射現象を解明することにある。平成14年度は、実験システムの構築および試料の準備と評価を行う計画で研究を遂行した。
実験システムは、既存の高分解能分光器に冷却型光電子増倍管と前置増幅器を取り付け、フォトンカウンティング法により高感度で測定できるように設計し、組み立てをほぼ完了した。試料は、純水やアルコールなどの溶媒に分散されたZnO量子ドットのスラリーを用いて、その結晶性や基礎光学特性を評価した。X線回折実験測定により、ウルツ鉱型の結晶構造を有する単結晶量子ドットであることが確かめられた。また、シェラーの式を用いて粒径を見積もったところ、本研究課題を進める上で適当なサイズの試料であることを確認した。この試料を適当な濃度に調整し、室温において吸収スペクトルを測定したところ、励起子による吸収構造が室温においても観測することができた。また、遠心分離することによりサイズを選択できることもわかった。さらに、低温での実験を可能にするため、ゾルゲル法により量子ドットを埋め込んだ薄膜の作製を行った。溶媒の種類や混合比など様々な条件を最適化し、石英基板上にスピンコートし、透明な薄膜が作製できるようになった。本試料により低温での吸収・発光スペクトルの測定が可能となり、バンド端付近の紫外波長域に発光が観測された。以上より、作製した量子ドットの結晶性や光学特性を調べ、本研究課題が進められることを確認した。
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