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本研究ではエピタキシャル結晶成長技術で制御した不純物原子オーダリングを利用してGaAs中に窒素ペアの配列ナノ構造を創り上げる。そこに局在した励起子の再結合発光の基礎物性を明らかにした上で、配列構造で制御可能な単一光子生成やコヒーレンスにかかわる新しい量子情報通信機能を実証を目指している。
窒素ペアの配列ナノ空間構造の作製
GaAs(001)表面の(2×4)再構成構造を作り、その上に原子層で窒素を添加した。窒素添加には現有のRFプラズマセルを用いた。窒素添加した表面は(3×3)構造を示す。特に基板温度により窒素の取り込み条件は著しく変化し、その変化の起源がGaAs(001)の(2×4)α2表面再構成構造のGaダイマであることを突き止めた。本研究ではこのプロセスを制御して、単一の窒素ペア発光を素子化していくための超希薄な窒化条件を詳細に調べた。
励起子微細構造の解明と発光中心の制御
50μeV以下の分解能を有する分光システムを用いて窒素ペアに束縛された励起子状態を明らかにした。特に、磁気ルミネッセンスの偏光特性を解析し、窒素ペア励起子状態が窒素ペア結晶対称性、歪場に強く影響されていることを明らかにした。また磁場による励起子微細構造制御により、励起子準位が交差する特異な条件を見出すことに成功した。
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